雜草稻落粒粳種子的耐冷性評價

孫興強， 周勇軍， 陸永良， 陳麗娟， 余柳青

(1.云南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學與生物技術學院，云南昆明 650201； 2.中國水稻研究所，浙江杭州 310006)

?

雜草稻落粒粳種子的耐冷性評價

孫興強1,2， 周勇軍2， 陸永良2， 陳麗娟1， 余柳青2

(1.云南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學與生物技術學院，云南昆明 650201； 2.中國水稻研究所，浙江杭州 310006)

采用低溫處理方法評價了雜草稻落粒粳(OrayzasativaL.)種子的耐冷潛力。浸種0～48 h，落粒粳種子平均含水量為17.038%，顯著低于栽培稻春江11的20.533%和贛早秈的20.180%，落粒粳穎殼具有比兩種栽培稻更強的水分阻隔能力。在相同含水量條件下，經(jīng)過低溫-20 ℃處理3 h和28 ℃條件下培養(yǎng)4 d的落粒粳種子發(fā)芽率顯著高于春江11和贛早秈，落粒粳種子具有更強的耐冷能力。

雜草稻； 落粒粳(OryzasativaL.)； 種子； 耐冷性

美國的雜草稻由于種皮紅色被稱為紅稻,主要有兩類，最普遍的一類為稻草黃果殼紅稻，另一類為黑果殼紅稻。Vaughan等[1]從美國南方的德克薩斯、路易斯安那、阿肯色和密西西比州采集樣品，采用簡單序列長度多態(tài)性(SSLP)標記分析確定了紅稻的遺傳特性，其中有18份樣品接近栽培秈稻(Oryzasativassp.indica),1份樣品接近栽培粳稻(O.sativassp.japonica)，7份樣品接近尼瓦拉野稻(Oryzanivara)和普通野稻(Oryzarufipogon)。紅稻在美國南方稻區(qū)危害成為僅次于稗草和千金子的第三大雜草，全季度干擾使水稻減產(chǎn)61%。紅稻密度為2～40株/m2時使水稻Lemont減產(chǎn)19%～89%。全美由于紅稻危害造成的經(jīng)濟損失每年約5 000萬美元[2]。

近年在我國遼寧丹東發(fā)現(xiàn)了雜草稻落粒粳(OrayzasativaL.)，在未防治條件下密度可達100～110株/m2,對當?shù)厮旧a(chǎn)構成潛在威脅。其植株明顯高于當?shù)卮蠖鄶?shù)栽培品種，穎果呈中長型，成熟后容易掉粒；果殼稻草色或黃間黑灰色，小穗無芒或有芒，芒長4～12 cm；穎果千粒重23.5 g，種皮橘紅色，其形態(tài)類似于美國雜草稻紅稻[3]。

落粒粳的抗逆境生物學特性已有初步研究和報道。采用稗草根長法測得的化感作用很弱，其耐鹽堿水平與常規(guī)粳稻品種春江11相當[3]。落粒粳種子可以度過東北嚴寒的冬季，來年春季萌發(fā)出苗。

水稻芽期冷害是我國長江中下游早稻種植區(qū)和東北、西北及云貴高原一季稻區(qū)水稻生產(chǎn)中的重要限制因素之一，產(chǎn)量損失嚴重。發(fā)掘水稻耐冷資源，為抗冷害水稻新品種的培育提供遺傳材料，具有重要理論意義和生產(chǎn)應用價值。本試驗的目的是評價雜草稻落粒粳種子的耐冷水平，確定落粒粳的應用潛力。

1 材料與方法

供試水稻材料有雜草稻落粒粳、常規(guī)粳稻春江11、秈稻贛早秈。落粒粳采集自遼寧丹東東港，冰柜(-20 ℃)保存?zhèn)溆?。落粒粳植株明顯高于當?shù)卮蠖鄶?shù)栽培品種，成熟后容易掉粒，穎果果殼稻草色或黃間黑灰色，小穗無芒或有芒，芒長4～12 cm,果柄端灰色，果尖端黃色，穎果千粒重23.5 g，種皮橘紅色。其余水稻種子由本所水稻種質(zhì)資源庫提供。

10粒水稻種子接種于培養(yǎng)皿(直徑9 cm)中，加入10 mL蒸餾水，重復4次，浸種時間分別為0 h、6 h、12 h、24 h和48 h。在水稻種子浸種前后分別稱重，計算含水量。然后，將水稻種子移入低溫冰柜-20 ℃條件下處理3 h。從低溫冰柜中取出水稻種子，置室溫條件下2 h，然后加入蒸餾水5 mL/皿。樣品移入自動控制人工氣候箱，28 ℃，光照12 h(7：00-19：00)，黑暗12 h(19：00-7：00)，人工光照，光密度70 000 lx，培養(yǎng)4 d。調(diào)查水稻種子發(fā)芽數(shù)，計算發(fā)芽率。

全部數(shù)據(jù)用DPS軟件作方差分析和差異顯著性測驗，差異顯著性測驗采用Tukey法[4]。

2 結果與分析

雜草稻落粒粳及2個水稻品種，經(jīng)過0～48 h浸種處理，落粒粳的平均含水量明顯低于春江11和贛早秈。浸種前的起始含水量沒有差異，但隨著浸種時間延長，春江11和贛早秈的含水量顯著高于落粒粳。表明落粒粳穎殼阻隔水分的能力更強。由于含水量低，經(jīng)過-20 ℃低溫處理3 d,然后在常溫28 ℃條件下培養(yǎng)4 d，落粒粳種子發(fā)芽率顯著高于春江11和贛早秈,顯示出更高的耐低溫能力(表1)。

表1 種子含水量與發(fā)芽率

注：表中同列相同字母表示在5%水平差異不顯著。表2、表3同。 隨著浸種時間的增加，落粒粳(無芒)、春江11和贛早秈的含水量顯著提高。隨著含水量的提高，經(jīng)過低溫(-20 ℃)處理3 h，然后在28 ℃條件下培養(yǎng)4 d，水稻種子的發(fā)芽率顯著降低(表2)。表明水稻種子的含水量愈高，生命活動更加活躍，對低溫冷害的抵御能力愈差。

表2 不同浸種時間的種子含水量與發(fā)芽率

在23.66%～25.19%含水量條件下，經(jīng)過低溫處理的種子發(fā)芽率強弱順序為落粒粳>春江11>贛早秈。在18.79%～21.68%含水量條件下，種子發(fā)芽率強弱順序為落粒粳>春江11=贛早秈。在9.99%～12.63%含水量條件下，落粒粳及2個水稻品種的種子發(fā)芽率無顯著差異(表3)。在相同含水量條件下，經(jīng)過-20 ℃低溫處理3 h和28 ℃條件下培養(yǎng)4 d的落粒粳種子發(fā)芽率顯著高于春江11和贛早秈。這表明雜草稻落粒粳種子具有比兩種栽培稻更強的耐冷能力(表3)。

3 討論

我國雜草稻尚未造成大規(guī)模蔓延和重要經(jīng)濟損失[5]。而近幾年來遼寧丹東的雜草稻已成蔓延之勢，對水稻產(chǎn)量和質(zhì)量均構成了潛在威脅。其傳入途徑還難以定論，只能分析它的一些可能性。江西東鄉(xiāng)野生稻(Oryza rufipogon)是迄今世界上分布最北的野生稻種質(zhì)資源[6]，而遼寧不適宜野生稻生長棲息，就不存在野生稻與栽培稻雜交演變成當?shù)仉s草稻的可能性。

表3 種子的吸水特性與耐冷特性

復旦大學Cao Qian-jin和Lu Bao-Rong等采用微衛(wèi)星標記(SSR)和非加權平均數(shù)(UPGMA)進行了聚類分析，分析了30份采自遼寧的雜草稻和30份栽培稻及野生稻的遺傳多樣性，結果認為遼寧雜草稻的遺傳多樣性相對較高，其遺傳距離與栽培粳稻最近，故其可能來源為栽培粳稻[7]。

沈陽農(nóng)業(yè)大學馬殿榮等于2008年報道，他們于2003—2005年對遼寧雜草稻進行了初步考察、收集和整理，對雜草稻46份、栽培稻20份和野生稻5份，采用SSR和UPGMA聚類分析，研究了遼寧雜草稻的遺傳多樣性。結果顯示，遼寧雜草稻植物學特性變異較大，且具有較高的遺傳多樣性，其群體間的遺傳分化較大，遺傳差異明顯。發(fā)現(xiàn)遼寧雜草稻與當?shù)鼐驮耘嗟狙夑P系很近，與秈稻和野生稻的遺傳關系較遠。認為有可能起源于當?shù)卦耘嗟酒贩N，是栽培稻種個體間自然雜交、回復突變等產(chǎn)生的退化類型，遠距離種子調(diào)運促進了它的進一步擴散[8]。

在相同浸種時間條件下，雜草稻落粒粳種子的含水量顯著低于栽培稻常規(guī)粳稻春江11和秈稻贛早秈，表明落粒粳的穎果殼具有更強的阻隔水分的能力。雖然隨著含水量的增加，水稻種子的生命活動更趨活躍，導致它們的耐低溫能力明顯下降。但是，在相同(或差異不顯著)含水量條件下，雜草稻落粒粳種子的耐冷性顯著高于栽培稻常規(guī)粳稻春江11和秈稻贛早秈。

落粒粳種子由于其吸收水分的速度低于栽培稻,在低溫條件下可保持較低的生命活動狀態(tài),從而顯示出更強的耐低溫能力。但其阻隔水分的機理還有待進一步研究闡明。

[1]Vaughan L K,Ottis B V,Prazak-Havey A M,et al. Is all red rice fond in commercial rice reallyOryzasativa?[J]. Weed Sci,2001,49:468-476.

[2]Khodayari K,Smith R J Jr,Black H L. Red rice (Oryzasativa) control with herbicide treatment in soybeans (Glycinemax)[J]. Weed Science,1987,35:127-129.

[3]余柳青，Mortimer A M,玄松南,等. 雜草稻落粒粳的抗逆境特性研究[J]. 應用生態(tài)學報，2005，16(4)：717-720.

[4]唐啟義,馮明光. 實用統(tǒng)計分析及其DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[M]. 北京：中國科學出版社，2002.

[5]丁 穎. 中國栽培稻種的起源及其演變[J]. 農(nóng)業(yè)學報,1957，8(3)：243-260.

[6]陳大洲，賀浩華，劉宜柏,等. 東鄉(xiāng)野生稻耐冷性研究進展[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學學報，2003，25(4)：482-486.

[7]Cao Q J，Lu B R，Xia H,et al. Genetic diversity and origin of weedy rice(Oryzasativaf.spontanea) populations found in North-eastern China revealed by simple sequence repeat (SSR) markers[J]. Annals of Botany,2006,98:1241-1252.

[8]馬殿榮，李茂柏，王 楠,等. 中國遼寧省雜草稻遺傳多樣性及群體分化研究[J]. 作物學報,2008,34(3):403-411.

Evaluation of The Cold Tolerance for Weedy Rice Luolijing (OryzasativaL.) Seeds

Sun Xing-qiang1，2, Zhou Yong-jun2, Lu Yong-liang2, Chen Li-juan1, Yu Liu-qing2

(1.College of Agronomy and Biotechnology,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China； 2.China National Rice Research Institute,Hangzhou 310006,China)

The cold tolerance potential of weedy rice Luolijing (OryzasativaL.) seeds has been evaluated with low temperature treatment. The average water content of Luolijing seeds reached to 17.038% after water soaking for 0～48 h which could be lower than 20.533% of Chuenjiang 11 and 20.180% of Ganzaoxian significantly. It indicated that the hulls of Luolijing caryopses presented a stronger capacity for water obstruction than that of the two cultivated rice varieties. Under the similar condition with the same water contents of seeds,the germination rate of Luolijing seeds could be significantly higher than that of Chunjiang 11 and Ganzaoxian by a -20 ℃ pretreatment for 3 hand germination at 28℃ for 4 days. It showed that Luolijing seeds possessed more potential for cold tolerance than that of the two cultivated rice varieties.

weedy rice; Luolijing (OryzasativaL.); seeds; cold tolerance

2011-03-30

國家自然科學基金(編號：30860057)；現(xiàn)代水稻產(chǎn)業(yè)技術體系專項(編號：nycytx-01);轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項課題(編號：2008ZX08011-001)。

孫興強(1986—)，男，山東德州人，碩士研究生， 從事雜草稻生物學研究。E-mail：eaglesxq@126.com。

余柳青，研究員。E-mail:liuqyu53@yahoo.com.cn。

S451

A

1003-935X(2011)02-0054-03