水稻種子休眠調(diào)控與破除技術(shù)的發(fā)展

張 萍，張 雯，王亞清

(安徽荃銀高科種業(yè)股份有限公司 安徽，合肥 230031)

種子休眠雖然能夠避免貯存過(guò)程中產(chǎn)生不必要的消耗，但是若是休眠程度較深，或是不在實(shí)際播種前實(shí)施有效處理，會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。基于此，研究并合理應(yīng)用種子休眠調(diào)控技術(shù)極為必要。

1 水稻種子休眠的機(jī)理分析

1.1 種皮障礙

種皮為存在于水稻種子種胚與胚乳之外的所有組織，其會(huì)對(duì)水稻種子的順利萌發(fā)產(chǎn)生一定的束縛性影響，這一阻礙作用可以從以下幾方面入手進(jìn)行理解：第一，水稻種子的種皮擁有機(jī)械阻礙特性，束縛胚芽的伸出動(dòng)作，從而降低水稻種子的萌發(fā)率。第二，水稻種子的種皮擁有抑制性作用，使得不利于種子萌發(fā)的物質(zhì)難以順利排出種胚，由此促使水稻種子的萌發(fā)率下降。第三，水稻種子的種皮與第二種皮相同，均會(huì)對(duì)種胚的生長(zhǎng)造成一定程度的阻礙。

1.2 環(huán)境因素

如果水稻種子正處于生長(zhǎng)發(fā)育階段，光照、溫濕度、水分含量等環(huán)境因素均會(huì)對(duì)水稻種子的休眠深入度產(chǎn)生一定程度的影響。具體而言，若是水稻種子長(zhǎng)時(shí)間處于高溫、高濕度的環(huán)境條件下，其休眠狀態(tài)能夠被迅速打破；若是將水稻種子長(zhǎng)時(shí)間存放在光照強(qiáng)度小或是黑暗的環(huán)境條件下，其休眠狀態(tài)長(zhǎng)時(shí)間保持且程度更深，需要在播種前引入后熟作用以及萌發(fā)處理。另外，為促使水稻種子長(zhǎng)時(shí)間休眠，一般會(huì)將其存放在4℃左右的低溫環(huán)境中；為促使水稻種子的休眠狀態(tài)被有效破除，需要將其轉(zhuǎn)入50℃的環(huán)境中實(shí)施高溫干燥處理，加速水稻種子萌發(fā)。

1.3 植物激素的調(diào)節(jié)

第一，脫落酸與赤霉素。脫落酸主要承擔(dān)著促進(jìn)水稻種子內(nèi)合成脂肪以及儲(chǔ)藏蛋白的任務(wù)，使得水稻種子轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，阻礙著水稻種子的萌發(fā)與生長(zhǎng)；赤霉素能夠解除水稻種子的休眠狀態(tài)，支持水稻種子更好萌發(fā)與生長(zhǎng)。第二，其他激素。生長(zhǎng)素、乙烯、細(xì)胞分裂素等也能夠?qū)λ痉N子的休眠狀態(tài)造成一定程度的影響。

2 水稻種子休眠調(diào)控的現(xiàn)行技術(shù)手段探究

2.1 水稻種子休眠的物理調(diào)控技術(shù)

2.1.1 種植管理 第一，品種的選擇。當(dāng)環(huán)境條件維持在成熟期多雨或是種子貯藏期容易發(fā)芽的狀態(tài)下時(shí)，為了避免產(chǎn)生更大的農(nóng)業(yè)損失，普遍會(huì)對(duì)水稻種子的休眠期進(jìn)行延長(zhǎng)處理，或是直接加深水稻種子的休眠程度。實(shí)踐中，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)水稻種子休眠的更好調(diào)控，需要切實(shí)參考種植需求以及環(huán)境條件選取具備一定休眠期的品種。第二，溫度處理。（1）預(yù)先冷凍法。在使用該方法調(diào)控與破除水稻種子休眠狀態(tài)的過(guò)程中，需要提前完成濕潤(rùn)發(fā)芽基床的準(zhǔn)備，并將水稻種子放置在其上方；轉(zhuǎn)移至5-10℃的環(huán)境中，對(duì)水稻種子實(shí)施預(yù)先冷處理，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度維持在3天左右即可；完成冷處理后，將水稻種子連同發(fā)芽基床共同轉(zhuǎn)移至發(fā)芽箱內(nèi)，設(shè)定溫度為20℃即可，以此驅(qū)動(dòng)水稻種子萌發(fā)。（2）加熱干燥法。在使用該方法調(diào)控與破除水稻種子休眠狀態(tài)的過(guò)程中，需要將水稻種子鋪平，放置于通風(fēng)條件較為理想的區(qū)域?qū)嵤└稍锾幚?，以此促使水稻種子中實(shí)際的含水量數(shù)值下降，提升水稻種子表皮的通透程度，由此達(dá)到調(diào)控與破除水稻種子休眠狀態(tài)的效果。實(shí)踐中，也可以將水稻種子轉(zhuǎn)移至干燥箱內(nèi)實(shí)施前處理，調(diào)整干燥箱溫度為30℃-35℃，時(shí)間長(zhǎng)度維持在3-5d，隨后再調(diào)整溫度促進(jìn)水稻種子萌發(fā)即可。第三，除去抑制物質(zhì)。想要剔除水稻種子表皮中存在的發(fā)芽抑制物質(zhì)，可以將相應(yīng)水稻種子投放入溫水中進(jìn)行浸泡處理，也可以直接將水稻種子放置在流水內(nèi)實(shí)施預(yù)先洗滌處理。通過(guò)這樣的方式，可以達(dá)到清除水稻種子表皮中存在的發(fā)芽抑制物質(zhì)的效果。實(shí)踐中，需要參考種子投入量以及農(nóng)作物種子發(fā)芽方面的相關(guān)技術(shù)規(guī)定完成對(duì)洗滌時(shí)間長(zhǎng)度的合理設(shè)定；完成洗滌后，應(yīng)當(dāng)對(duì)水稻種子落實(shí)干燥處理，且在此過(guò)程中重點(diǎn)保證干燥溫度合理，一般來(lái)說(shuō)，要將該溫度維持在25℃及以內(nèi)。

2.1.2 基于物理手段的種子處理 第一，機(jī)械處理。依托人工操作的方式，削破或是挫傷水稻種子表皮，也可以對(duì)其表皮實(shí)施穿刺處理，從而達(dá)到改變水稻種子表皮透氣性以及透水性的效果，為水稻種子的更好萌發(fā)創(chuàng)造良好條件。在此過(guò)程中，也可以利用砂紙對(duì)水稻種子表皮實(shí)施摩擦處理，從而達(dá)到破除水稻種子休眠狀態(tài)的效果。第二，層積處理。低溫層積處理是現(xiàn)階段解除水稻種子休眠狀態(tài)的一種常用方法，實(shí)踐中，主要將水稻種子放置在濕沙內(nèi)，轉(zhuǎn)移至溫度為1℃-10℃的環(huán)境中；設(shè)定放置時(shí)間維持1-3個(gè)月，依托這樣的處理操作，可以達(dá)到有效解除水稻種子休眠狀態(tài)的效果。在此過(guò)程中，水稻種子內(nèi)所包含著的抑制物質(zhì)脫落酸總體含量表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，相對(duì)應(yīng)的，赤霉素、細(xì)胞分裂素等物質(zhì)的總體含量水平呈現(xiàn)出逐步提升的狀態(tài)，從而達(dá)到促進(jìn)水稻種子萌發(fā)的效果。第三，射線處理。依托超聲波、X射線、電離輻射等對(duì)水稻種子進(jìn)行處理，或是落實(shí)光照處理，同樣能夠達(dá)到打破水稻種子休眠狀態(tài)的效果。需要注意的是，如果射線處理的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，則水稻種子內(nèi)的遺傳物質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，且難以在停止射線刺激后恢復(fù)至原本狀態(tài)。因此，需要合理設(shè)定射線處理的強(qiáng)度與時(shí)間。

2.2 水稻種子休眠的化學(xué)調(diào)控技術(shù)

2.2.1 抗穗發(fā)芽藥劑的投放 在實(shí)際的水稻制種工作中，需要著重解決穗發(fā)芽問(wèn)題。受到環(huán)境高溫多雨、赤霉素的噴施等多種因素的影響，水稻制種中發(fā)生穗發(fā)芽現(xiàn)象的概率偏高，從而使得水稻種子的制備質(zhì)量下降。基于這樣的情況，在當(dāng)前依托化學(xué)手段調(diào)控水稻種子休眠期的研究與操作實(shí)踐中，投放抗穗發(fā)芽藥劑的受關(guān)注程度維持在較高水平。對(duì)水稻種子休眠期的形成、解除過(guò)程展開(kāi)深入分析，能夠了解到，植物激素在整個(gè)過(guò)程中均發(fā)揮著較為重要的作用，具體而言，脫落酸與赤霉素在水稻種子休眠狀態(tài)的調(diào)控方面所發(fā)揮出的效果截然不同，脫落酸主要承擔(dān)著促進(jìn)水稻種子內(nèi)合成脂肪以及儲(chǔ)藏蛋白的任務(wù)，使得水稻種子轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，阻礙著水稻種子的萌發(fā)與生長(zhǎng)；赤霉素能夠解除水稻種子的休眠狀態(tài)，支持水稻種子更好萌發(fā)與生長(zhǎng)。

2.2.2 破休眠藥劑的投放 當(dāng)水稻種子處于休眠狀態(tài)時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)水稻發(fā)芽率的提升，這并不利于水稻育種進(jìn)程加速以及早播操作的實(shí)施。實(shí)踐中，可以通過(guò)投放破休眠藥劑達(dá)到解除水稻種子休眠狀態(tài)的效果，此時(shí)，可以投放的藥劑主要有過(guò)氧化氫、氯精、硝酸等稀釋溶液，將水稻種子浸入其中，從而完成對(duì)水稻種子休眠狀態(tài)的高質(zhì)量解除。為了實(shí)現(xiàn)在破除水稻種子休眠狀態(tài)的基礎(chǔ)上，避免水稻種子的生物活性喪失，獲取更為理想的水稻發(fā)芽率，可以將投放的過(guò)氧化氫稀釋液濃度維持在5%，并同時(shí)引入0.25g/L 的赤霉素；如果選用氯精實(shí)施破除水稻種子休眠狀態(tài)處理，則需要將相應(yīng)稀釋液的濃度維持在1:125，由此獲取更為理想的水稻種子休眠狀態(tài)解除成效。另外，在實(shí)際的操作過(guò)程中，也可以通過(guò)單獨(dú)投放赤霉素溶液的方式對(duì)處于休眠期的水稻種子進(jìn)行處理，設(shè)定赤霉素溶液的濃度為0.1%，進(jìn)行浸種處理，可以收獲更為理想的水稻種子休眠狀態(tài)破除效果。

2.2.3 乙烯調(diào)控種子休眠 在潮濕氣候條件下，水稻種子出現(xiàn)穗發(fā)芽現(xiàn)象的概率大幅增加，并不利于水稻種植產(chǎn)量的維護(hù)以及制種工作的高質(zhì)量展開(kāi)。為更好規(guī)避穗發(fā)芽問(wèn)題的發(fā)生，需要確保水稻種子成熟后能夠進(jìn)入長(zhǎng)度合理且強(qiáng)度適當(dāng)?shù)男菝咂凇Ｐ枰⒁獾氖?，如果水稻種子進(jìn)入深度休眠狀態(tài)，則同樣會(huì)產(chǎn)生出苗率低的現(xiàn)象，最終降低水稻種植產(chǎn)量。結(jié)合當(dāng)前的研究能夠了解到，赤霉素、脫落酸等植物激素能夠發(fā)揮出調(diào)節(jié)水稻種子休眠期的效果，除此之外，乙烯在調(diào)控水稻種子休眠期的過(guò)程中也能夠發(fā)揮出較為理想的作用，值得深入性探索。

2.3 新技術(shù)的研究

2.3.1 水稻超干種子耐熱性的利用 選取具備休眠性的水稻超干種子轉(zhuǎn)移至85℃的環(huán)境下實(shí)施高溫干烘處理，持續(xù)時(shí)間設(shè)定為24h，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)水稻種子休眠狀態(tài)的有效破除，驅(qū)動(dòng)水稻種子的實(shí)際發(fā)芽率表現(xiàn)出明顯提升的趨勢(shì)。需要注意的是，如果選取干種子使用與上述表述保持一致的方法進(jìn)行處理，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)干種子休眠狀態(tài)的解除，所獲取的相應(yīng)水稻種子發(fā)芽率趨近于零。造成這一現(xiàn)象的主要原因在于兩種水稻種子中的含水量存在差異性，相比于干種子來(lái)說(shuō)，水稻超干種子所具備的含水量維持在更低水平，所以擁有更強(qiáng)的耐高溫能力。

想要更好利用水稻超干種子的耐熱性完成對(duì)休眠狀態(tài)的高質(zhì)量破除，需要著重把握其相應(yīng)種子的處理方法。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)水稻種子的含水量維持在10%-13%的條件下時(shí)，將其轉(zhuǎn)入60℃-65℃的環(huán)境下實(shí)施高溫干烘處理，持續(xù)時(shí)間設(shè)定在18-24h即可，此時(shí)可以將水稻種子的含水量下降至5%-7%左右，保證水稻超干種子的耐熱性在破除種子休眠狀態(tài)過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)性得到最大程度的發(fā)揮。同時(shí)，還需要設(shè)定更為合理的高溫干烘處理時(shí)間長(zhǎng)度以及溫度參數(shù)。在當(dāng)前的實(shí)踐中，普遍認(rèn)定基于水稻種子休眠狀態(tài)破除的高溫干烘處理最優(yōu)時(shí)間長(zhǎng)度為12-48h，最優(yōu)處理溫度為75℃-85℃。實(shí)踐中，如果所選取的水稻種子為處于輕度休眠狀態(tài)的水稻超干種子，那么可以將基于水稻種子休眠狀態(tài)破除的高溫干烘處理時(shí)間長(zhǎng)度控制在12-24h，處理溫度維持在75℃-80℃的范圍內(nèi)即可；如果所選取的水稻種子為處于重度休眠狀態(tài)的水稻超干種子，那么可以將基于水稻種子休眠狀態(tài)破除的高溫干烘處理時(shí)間長(zhǎng)度控制在24-48h，處理溫度維持在80℃-85℃的范圍內(nèi)即可。另外，在完成對(duì)水稻超干種子的高溫干烘處理后，還需要進(jìn)一步組織浸種與催芽操作，一般將完成處理的種子進(jìn)行冷卻，隨后利用普通性浸種催芽處理模式即可。

2.3.2 基因編輯技術(shù)的利用 在實(shí)際的水稻種植生產(chǎn)過(guò)程中，存在著部分水稻種子在剛剛完成收獲后就轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)的情況，此時(shí)需要利用一定處理方式破除相應(yīng)水稻種子的休眠狀態(tài)。雖然水稻種子的休眠是其適應(yīng)自然環(huán)境的一種較為常見(jiàn)的方式，能夠一定程度降低水稻收獲后不必要發(fā)芽損失的產(chǎn)生，但是這一狀態(tài)也會(huì)阻礙后續(xù)生產(chǎn)或是科研工作的展開(kāi)，所以需要落實(shí)適當(dāng)?shù)恼{(diào)控與打破處理。在當(dāng)前的研究中，形成了一種基于基因編輯技術(shù)的水稻種子休眠狀態(tài)調(diào)控與解除方式，具體而言，可以利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)突變OsVP1基因完成對(duì)水稻種子休眠狀態(tài)的高效性解除。對(duì)于OsVP1基因而言，其涵蓋在轉(zhuǎn)錄因子的范疇內(nèi)，主要承擔(dān)著對(duì)水稻種子發(fā)育以及脫落酸信號(hào)進(jìn)行調(diào)控的任務(wù)。出于對(duì)解除水稻種子休眠狀態(tài)的考量，可以將OsVP1 基因設(shè)定為靶標(biāo)，結(jié)合對(duì)CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)的引入，在T0代轉(zhuǎn)化苗中實(shí)現(xiàn)對(duì)編輯植株的獲取。在OsVP1基因的靶標(biāo)位點(diǎn)中，主要存在著多種突變類型（4種），且具有遺傳性、T-DNA 依托分離操作也能夠在T1 代中刪除。而在編輯植株內(nèi)，與脫落酸信號(hào)、赤霉素信號(hào)相關(guān)聯(lián)的基因表達(dá)均發(fā)生一定程度的變化，相比于未經(jīng)過(guò)處理的植株，純合突變株內(nèi)所擁有的突變基因表達(dá)量更多。總體而言，通過(guò)引入基因編輯技術(shù)，能夠到達(dá)高質(zhì)量調(diào)控與解除水稻種子休眠狀態(tài)的效果。

3 總結(jié)

綜上所述，休眠是水稻種子適應(yīng)自然的重要方式，能夠一定程度降低水稻收獲后不必要發(fā)芽損失的產(chǎn)生，但是這一狀態(tài)會(huì)使得水稻種子的發(fā)芽率維持在較低水平，甚至為零，從而導(dǎo)致出苗參差不齊、作物減產(chǎn)，所以需要落實(shí)適當(dāng)?shù)恼{(diào)控與打破處理。實(shí)踐中，可以利用種植管理、種子處理等物理調(diào)控技術(shù)以及抗穗發(fā)芽藥劑的投放、破休眠藥劑的投放等化學(xué)調(diào)控技術(shù)完成對(duì)水稻種子休眠的合理調(diào)控以及高質(zhì)量破除。在當(dāng)前的發(fā)展中，水稻超干種子耐熱性的利用、基因編輯技術(shù)等新技術(shù)手段也逐步形成并推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)種子休眠調(diào)控的技術(shù)升級(jí)。