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薄壳山核桃Carya illinoensis是一种重要的木本油料树种，又是珍贵的干果树种[1]。中国的亚热带东部地区、长江流域和云南等10多个省均建立了薄壳山核桃引种区，并已建成种质资源库、采穗圃、品种园和早实丰产示范林[2]。到目前为止，薄壳山核桃生产在国内仍未实现产业化，坚果消费大部分依赖进口，造成这种现象的一个重要原因是建园时未科学配置授粉树，导致授粉不良，生理落果严重[3]。薄壳山核桃是典型的雌雄同株、雌雄异熟植物，在建园时需要注意品种搭配，选择雌雄花期相匹配并且能够相互亲和的品种搭配种植，必要时在花期进行人工辅助授粉[4]。在生产中，薄壳山核桃散粉期，仅2～3 d，而雌花发育进程不一，且有等待授粉习性，短期内不能充分授粉，人工辅助授粉是一项重要的丰产措施[5]。所以花粉的采集和有效保存在生产中具有重要意义。薄壳山核桃‘马汉’‘Mahan’品种是当前中国栽培最为广泛的品种之一，也是常用的授粉品种。本研究以品种‘马汉’为研究对象，通过研究不同散粉期花粉活力差异以及不同储藏条件和储藏时间对花粉活力影响的研究，找出最佳的花粉采集时间和最适储藏条件，为人工辅助授粉提供最优保证。
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试验地位于浙江省建德市莲花镇齐平村薄壳山核桃早实丰产试验林基地，29°34′42″N，119°18′21″E，海拔为110 m，年平均气温为16.0 ℃，年降水量1 818.8 mm。供试材料为薄壳山核桃‘马汉’品种12年生健康植株。散粉期花粉活力测定材料取即将散粉期（花药由绿变黄）、散粉初期、散粉盛期、散粉末期雄花序散出花粉，不同储藏条件花粉活力测定的花粉取自散粉盛期雄花序散出的花粉。
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调查方法参考《经济林研究法》《果树研究法》中有关生物学调查部分和山核桃的一些性状调查方法[6]。在基地挑选3株营养水平相近、长势基本一致的植株作为标准株，取每植株东、南、西、北4个方向，每个方向选取10个结果枝进行挂牌，观察记录雄花芽萌动日期、雄花序生长日期、花萼开裂期、花药由绿变黄、散粉初期（以25 %小花花药散开为标准）、散粉盛期（以50 %以上小花花药散开为标准）、散粉末期（以花药完全开裂，花粉基本散尽，花序变黑褐色为标准）及小花脱落的变化过程。
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①花粉采集。采集即将散粉期、散粉初期、散粉盛期、散粉末期4个时期的雄花序。将各时期雄花序平摊在硫酸纸上，将已经散出的花粉收集，花序置避风阳光下晾晒，每隔半小时收集1次花粉。收集的花粉用100目筛子过筛去除杂质。②花粉保存。4个散粉时期花粉保存：常温干燥保存，每天测花粉活力。不同储藏条件下花粉保存：将薄壳山核桃散粉盛期的花粉随机分成6份，装入密封袋内，置于常温密封、常温密封干燥；4 ℃低温密封和4 ℃低温密封干燥；-70 ℃超低温密封和-70 ℃超低温密封干燥内（干燥条件即在密封袋内装入500 g变色硅胶）。储藏2，4，6，8，10，30，50，70，90，120，360 d后测各组的花粉活力。③花粉活力测定方法（FCR荧光染色法）[7-8]。a.配制母液1（SS1）：1.75 mol·L-1蔗糖，3.32 mmol·L-1硼酸，3.05 mmol·L-1硝酸钙，3.33 mmol·L-1硫酸镁，1.98 mmol·L-1硝酸钾，蒸馏水定容后，置4℃低温保存备用。另外，为了避免由渗透压引起的花粉破裂，可以适当增加蔗糖浓度，还可以通过增加盐的浓度增强荧光效果。b.配制母液2（SS2）：把双乙酸荧光素溶于丙酮中，配成浓度为7.21 mmol·L-1后，置棕色玻璃瓶，4 ℃低温保存备用。c.工作液：使用时，取8～12滴SS2于10 mL SS1中，混匀直到混合液变为轻乳状即为工作液。操作时，取2～3滴工作液滴于花粉上，盖上盖玻片，2 min后置荧光显微镜下观察。重复3次·处理-1，观察5个视野·重复-1，统计每个视野内花粉颗粒总数（明场光照下）和被荧光染色花粉颗粒总数。④花粉活力计算方法：有生活力花粉百分数=（视野内变绿色花粉颗粒数目/视野内花粉颗粒总数）×100%。
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试验数据采用Excel 2007计算和分析，对百分率数据进行反正弦平方根转换，其独立样本t检验和方差分析处理均采用SPSS 18.0版统计软件进行统计学分析处理，多重比较采用Duncan修复极差法分析。
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‘马汉’为典型雌蕊先熟型品种，雄花芽于3月中旬开始萌动，经9～12 d后芽开始绽开，芽绽开后长出3束葇荑花序，花序直挺，0.5～1.1 cm左右，斜上生长，此为初花期。4月中旬花序伸长，开始软垂，雄花序迅速伸长，小花形成，并由深绿色变成浅绿色。4月下旬，花苞开放，花药发育，每个花序由114～126朵小花组成。
雄蕊散粉期经过花萼开裂→即将散粉期（花药由绿变黄）→散粉初期（25%小花花药开裂）→散粉盛期（50%以上小花花药开裂）→散粉末期（花药完全开裂，花序变黑，花粉基本散尽）→小花脱落的变化过程。雄蕊散粉周期短，且发育进程不一致。如图 1所示，5月6日花药由绿变黄，占雄花比例的95.22%。此后，散粉雄花序比列逐渐增大，雄蕊进入散粉期。5月7日，散粉初期花序占44.79%，散粉盛期花序占11.90%，进入散粉的雄花序占到56.69%比例。5月8日，各散粉期比例呈明显正态分布，散粉盛期花序比例增大，占46.60%，散粉比例达到75.29%，此时进入散粉盛期。5月9日，即将散粉期花序仅有4.57%，散粉盛期比例最大，达52.09%。5月10日，雄蕊进入散粉末期，比例为80.57%。散粉后，小花枯萎脱落，进入落花期。
图 1 薄壳山核桃散粉期雄花所处发育状态比例
Figure 1. Ratio of male flowers during four development stages
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如表 1和表 2所示：不同散粉期花粉生活力差异显著，各时期花粉的耐储藏性也差异显著，表现为即将散粉期＞散粉初期＞散粉盛期＞散粉末期。在整个散粉过程中，即将散粉期和散粉初期花粉活力最高，达到90%以上，两者之间无显著性差异；散粉盛期花粉活力次之，花粉活力为88.39%；散粉末期花粉活力最差，仅为79.60%，与花药黄色时期和散粉初期差异显著。将4个时期的花粉在常温干燥条件下储藏，进行花粉活力比较（图 2），发现花药黄色时期花粉活力下降最慢，与其他3个时期的花粉相比更耐储藏，4 d之后花粉活力仅下降24.00%；散粉初期和散粉盛期花粉活力下降次之，两者之间无显著性差异，4 d后分别下降41.89%和44.11%，但与黄色花药时期差异显著；散粉末期花粉活力下降最快，4 d之后花粉下降74.00%，与之前3个时期花粉储藏活力达到极显著差异。
图 2 不同储藏条件下花粉活力比较
Figure 2. Comparison of pollen viability under different storage conditions
表 1 薄壳山核桃散粉期花粉生活力
Table 1. Pollen viability of pecan during pollination
散粉状态 不同储藏时间的花粉生活力/% 0 1 2 3 4 d 即将散粉 93.00±0.31a 90.51±0.29 a 85.88±1.52 a 79.07±1.17 a 70.48±0.41 a 散粉初期 92.75±1.33 a 90.86±0.59 ab 83.03±0.55 ab 73.93±0.88 b 53.90±2.26 b 散粉盛期 88.39±1.29 b 88.03±0.82 b 80.17±0.93 b 70.39±0.79 b 49.40±1.35 b 散粉末期 79.60±1.44 c 72.27±1.20 c 58.45±0.56 c 45.28±2.31 c 20.47±1.12 c 说明:表中同列不同字母表示差异达显著性水平(P＜0.05)。 表 2 散粉期花粉活力方差分析
Table 2. Comparison of pollen viability during pollination
差异来源 平方和 自由度 均方 F值 置信度 储藏时间 0.563 4 0.141 49.966 0.000 散粉期 0.313 3 0.104 36.984 0.000 误差 0.034 12 0.003 总计 0.910 19 说明:置信度＜0.05差异显著，置信度＜0.01差异极显著。 -
花粉散落后，其内部就开始发生一系列的生理代谢反应，活力逐渐衰退。随储藏时间的延长，花粉活力有明显下降趋势。由图 2表明：不同温度处理下花粉活力-70 ℃超低温＞4 ℃低温＞常温储藏（图 3），在常温、低温、超低温储藏条件下花粉活力下降呈显著性差异（表 3和图 4）。在常温条件下花粉储藏时间最短。常温储藏4 d后花粉活力为66.34%，下降29.14%，10 d后下降69.25%，30 d之后花粉活力下降到7.08%，50 d后花粉已经完全丧失活力；在常温密封干燥条件下花粉活力下降趋势与常温密封下无显著性差异，10 d后，花粉活力下降59.95%，50 d后花粉也已经完全丧失活力。而4 ℃低温条件下花粉活力储藏时间比常温储藏时间更长，低温密封储藏4 d后花粉活力为71.04 %，下降24.22%，与常温密封条件下花粉活力差异显著，10 d后下降39.03%，30 d后下降57.83%，90 d之后花粉活力下降到10.09%，120 d后花粉已经完全丧失活力；低温密封干燥与低温密封保存无显著性差异，120 d后花粉也完全丧失活力。-70 ℃超低温条件下保存效果最好，与常温、低温差异极显著，储藏50 d花粉活力仍有70.40%，仅下降24.91%，储藏120 d花粉活力下降36.62%，储藏360 d花粉活力还保持43.55%的活力，-70 ℃密封干燥要优于-70 ℃密封储藏，但差异也不显著，两者分别下降了53.55%和47.43%。
图 3 储藏4 d后4个散粉期花粉活力对比
Figure 3. Pollen vitality of four storage period after storing four days
图 4 储藏6d花粉活力对比
Figure 4. pollen vitality of four storage period after strong six days
表 3 不同储藏条件下花粉活力方差分析
Table 3. Variance analysis of pollen viability under different storage conditions
差异来源 平方和 自由度 均方 F值 置信度 储藏条件 3.781 5 0.756 20.345 0.000 储藏时间 8.037 11 0.731 19.659 0.000 误差 2.044 55 0.037 总计 13.862 71 -
在农林业生产实践中，为了进行人工辅助授粉或杂交授粉育种，需要早期采集花粉和储藏花粉，并对花粉活力进行检测[9-11]。花粉的采集时间是影响花粉活力的一个重要的因素。采集过早，花粉未完全发育, 营养物质积累不够充分，花粉少且活力低；采集时间过迟，则花多已散粉，影响花粉采集量[12]。作者参考曲柏宏等[13]通过花期物候观察确定花粉成熟期，利用荧光染色反应（FCR）测定各散粉期花粉活力。研究结果表明：不同散粉期采集的花粉生活力差异显著，从而确定最佳采粉时间是即将散粉期（花药由绿变黄时期）。作者认为，在即将散粉期，花粉粒已经发育完全，而且花粉粒仍处于花粉囊中，避免花粉与空气接触而导致花粉活力降低，所以相比较散粉期的花粉更有利于运输和保存，但这有待于进一步研究。
温度是影响花粉储藏活力的重要因素[14-16]，低温能明显阻止花粉的衰老，主要原因是降低了呼吸强度和酶的活性[17]。通过研究表明：不同储藏条件对薄壳山核桃花粉活力有显著影响，这与许多研究结果一致，而且温度与花粉储藏寿命呈负相关[18]。在室温条件下，储藏4 d花粉活力下降了30.00%，储藏10 d就下降了70.00%。此方法储藏时间短，所以在生产实践上只能短期应用。在4 ℃低温条件下，储藏30 d花粉活力下降58.00%，储藏90 d花粉活力下降90.00%，在一般生产实践上低温保存能够应付花期不遇和杂交授粉等问题。在-70 ℃超低温条件下保存1 a，花粉活力还能达到50.00%，可以用作来年的辅助授粉工作或应对散粉期阴雨天气。近年来，由于应用了超低温和冷冻干燥技术保存花粉，使花粉储藏寿命大幅度延长[19]，为杂交育种、种质资源的保存提供了有力支持。
Flowering characteristics and pollen viability of Carya illinoensis 'Mahan'
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摘要: 为解决薄壳山核桃Carya illinoensis花期花粉的采集和有效保存等问题, 系统观测雄蕊开花习性, 采用荧光染色反应(FCR)法研究了不同散粉期花粉生活力差异, 以及不同储藏条件(室温密封、室温密封干燥; 4℃密封、4℃密封干燥; -70℃密封、-70℃密封干燥)和储藏时间对花粉活力的影响。结果表明:①4月26日薄壳山核桃雄蕊花萼开裂, 5月6日花药由绿变黄, 5月7-9日雄蕊进入散粉期, 5月8日散粉量最大, 占花粉总量的75%, 至5月10日花粉基本散尽, 花药变黑、小花开始脱落; ②散粉期花粉生活力大小依次为即将散粉期(花药由绿变黄)>散粉初期>散粉盛期>散粉末期, 花粉耐储藏性亦是即将散粉期最优, 即将散粉期>散粉初期>散粉盛期>散粉末期。③储藏条件对花粉活力的保持有显著影响, 利于花粉生活力保持的储藏条件依次为-70℃密封干燥> -70℃密封> 4℃密封干燥> 4℃密封>室温密封干燥>室温密封; 在任一储藏条件下, 花粉活力均随储藏时间而下降, 干燥与不干燥差异不显著。室温下花粉活力下降最快, 50 d后花粉已经完全丧失活力; 4℃下花粉活力次之, 120 d后花粉已经完全丧失活力; -70℃超低温条件下保存效果最好, 与常温、低温储藏差异极显著, 储藏360 d花粉还保持43.55%的活力。Abstract: To promote collection and the effective conservation of Carya illinoensis (pecan) pollen, male flowering habits and pollen vigor in four developmental stages with different storage conditions[a) room temperature, b) room temperature and dry; c) 4℃, d) 4℃ and dry; e) -70℃, and f) -70℃ and dry] were observed using the fluorochromatic reaction (FCR) method. Results showed that on April 26th the bract in the catkins had cracked. By May 6th the anthers had turned from green to yellow; between May 7th and 9th, the pollen sac split shedding catkin pollen. As of May 8th about 75% of the shedding had occurred, and on May 10th when the catkins turned brown and fell from the trees, shedding was complete. The sequence for pollen viability was beginning of shedding> early shedding> heavy shedding> final shedding with storage durability for the pollen having the same order. Pollen viability for different storage conditions followed decay curves, but differences were noted with -70℃ and dry> -70℃> 4℃ and dry> 4℃> room temperature and dry> room temperature. Also, as storage time increased, pollen viability gradually decreased. The fastest decline in pollen viability was at room temperature, and after 50 d the pollen had completely lost its vitality. When stored at 4℃, the pollen had mostly lost its vitality after 120 d. The best condition was preservation at -70℃ where pollen was still 43.55% viable after 360 d.
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杂草稻Oryza sativa f. spontanea是一种伴生性的稻田恶性杂草，与栽培稻O. sativa 同属禾本科Poaceae稻属Oryza[1]。目前，杂草稻已广泛分布于全球50多个国家，几乎全世界所有稻作区都有杂草稻的发生，由于其和栽培稻竞争营养、水、光照以及其他资源，严重威胁粮食安全[2]。杂草稻在生长早期，其形态与栽培稻相似，且较栽培稻开花早、光合作用强、籽粒灌浆快，还兼有种子落粒性强、休眠期短等特点，导致杂草稻不但竞争力强于栽培稻，还可以在稻田内长期续存，极难防治[3−5]。
利用简单重复序列、限制性片段长度多态性和全基因组序列对杂草稻的分子研究表明：全球杂草稻群体存在巨大遗传变异[6]。杂草稻长期处于野生状态，具耐冷、耐旱、耐盐碱、抗病等多种有利的性状和基因[7]。同时，杂草稻和栽培稻不存在生殖隔离，因此杂草稻也是栽培稻遗传改良的重要资源[8]。但不同区域的杂草稻对逆境胁迫的耐受能力并不一致。一般认为杂草稻较栽培稻具有更强的耐深播能力，宁厦杂草稻在播深12 cm时均能出苗，栽培稻则不出苗[9]。但李玉融等[10]研究表明：当埋土深度在4~7 cm内，江苏地区的常规栽培稻出苗率显著高于杂草稻。
近年来，随着水稻直播技术的广泛推广以及农业收割机跨地区作业大面积的普及，浙江省杂草稻危害愈发严重，最早发生和最为严重的是湖州市长兴县，2018年全县田畈发生频度达93.4%，除移栽稻田块和封闭式耕作田块未发现杂草稻外，全县其余水稻种植区域均有杂草稻发生，严重田块甚至颗粒无收[11]，对农民的经济收入造成严重的影响。为遏制浙江省杂草稻的蔓延趋势，探索适宜的防控技术，本研究以浙江省湖州市长兴县杂草稻种子为材料，研究其在多种胁迫环境下的种子萌发特性，为杂草稻的防除和种质资源利用提供依据。
1. 材料与方法
1.1 材料
2021年秋季，选用浙江省长兴县稻田采集的杂草稻种子以及同一田块种植的栽培稻‘南粳46’‘Nangeng 46’种子为研究材料，所有种子收获后自然干燥至种子水分低于13%，置于4 ℃冷库中储藏备用。
1.2 方法
1.2.1 种子标准发芽试验
将采集的杂草稻和栽培稻种子经体积分数为0.5％的次氯酸钠溶液消毒5 min后，用清水冲洗干净，均匀置于垫有3层湿润发芽纸的发芽盒(12 cm×12 cm×6 cm)中，于25 ℃恒温发芽，光照8 h/黑暗16 h，光通量为250 μmol·m−2·s−1。3次重复，各重复100粒种子。每天记录发芽种子数，第5天计算发芽势，第14天计算发芽率。整个发芽过程适时补充清水，保持发芽纸处于湿润状态。参照陈志超等[12]的方法，计算发芽指数(gi)和平均发芽时间($\bar t _{\rm{g}}$)，公式为 gi=Σ(nt/td)，$\bar t _{\rm{g}} $=Σ(nt×td)/Σtd。其中，nt为第t天的发芽种子数，td为发芽日数。发芽结束后，随机取幼苗10株·盒−1，分别测量根长、苗高和根苗鲜质量(根鲜质量指地下部分质量，苗鲜质量指地上部分质量)，计算平均值。
1.2.2 盐胁迫条件种子发芽试验
种子处理方法同1.2.1的标准发芽试验。参考文献[13−14]，采用0.15 mol·L−1NaCl溶液模拟盐胁迫条件，发芽纸用该溶液浸湿并保持湿润状态。3次重复，各重复100粒种子。发芽指标和幼苗品质统计同标准发芽试验。
1.2.3 干旱胁迫条件种子发芽试验
种子处理方法同1.2.1的标准发芽试验。采用质量百分比为15%的聚乙二醇(PEG 6000)溶液模拟干旱胁迫条件，发芽纸用该溶液浸湿并保持湿润状态。3次重复，各重复100粒种子。发芽指标和幼苗品质统计同标准发芽试验。
1.2.4 淹水胁迫条件种子发芽试验
种子处理方法同1.2.1的标准发芽试验。整个发芽过程保持水深5 cm[15]。3次重复，各重复100粒种子。发芽指标和幼苗品质统计同标准发芽试验。
1.2.5 低温胁迫条件种子发芽试验
种子处理方法同1.2.1的标准发芽试验。在15 ℃恒温发芽，整个发芽过程适时补充清水，保持发芽纸处于湿润状态。3次重复，各重复100粒种子。发芽指标和幼苗品质统计同标准发芽试验。
1.2.6 抗氧化物酶活性及丙二醛质量摩尔浓度测定
分别取干旱和盐胁迫下发芽试验结束后的杂草稻和栽培稻的幼苗0.15 g，加入4 mL 0.05 mol·L−1磷酸缓冲液(pH 7.8)进行研磨，在10 000 r·min−1离心15 min，取上清液用于抗氧化物酶活性和丙二醛(MDA)测定。参照WANG等[16]的方法测定MDA质量摩尔浓度。根据HU等[17]的方法，通过监测H2O2在240 nm下吸光度的降低来测定过氧化氢酶(CAT)活性。根据GUAN等[18]的方法，通过1 min内反应液在470 nm下吸光度的增加来测定过氧化物酶(POD)活性。抗坏血酸过氧化物酶(APX)和超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定分别参照WANG等[19−20]的方法进行。
1.3 统计分析
所得数据采用SAS进行统计分析，采用最小显著极差法(LSD)进行多重比较，显著性水平为α=0.05，百分率数据在分析前进行反正弦转换，以改善其分布的正态性，达到方差齐性的要求。
2. 结果与分析
2.1 标准发芽条件下水稻种子萌发和幼苗品质
从表1可见：在室内标准发芽条件下，杂草稻发芽势、发芽率、发芽指数显著高于栽培稻(P＜0.05)，平均发芽时间显著低于栽培稻(P＜0.05)。幼苗品质方面，杂草稻的平均根长显著低于栽培稻(P＜0.05)，平均苗长则显著高于栽培稻(P＜0.05)，杂草稻和栽培稻的根鲜质量和苗鲜质量无显著差异。
表 1 标准发芽条件下杂草稻和栽培稻种子的发芽情况及幼苗品质Table 1 Seed germination and seedling quality of weedy rice and cultivated rice under standard germination conditions材料 发芽势/％ 发芽率/％ 平均发芽时间/d 发芽指数 根长/cm 苗长/cm 根鲜质量/(mg·株−1) 苗鲜质量/(mg·株−1) 杂草稻 78.9±3.6 a 86.2±8.1 a 3.0±0.1 b 32.2±1.0 a 6.3±0.2 b 8.3±0.5 a 17.2±1.8 a 25.3±7.2 a 栽培稻 56.0±3.4 b 63.5±1.4 b 4.4±0.2 a 19.2±1.4 b 8.6±0.2 a 5.9±0.6 b 18.3±0.9 a 21.4±7.1 a 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 2.2 盐胁迫处理下水稻种子萌发和幼苗品质
由表2可见：在0.15 mol·L−1NaCl盐胁迫处理下，杂草稻和栽培稻种子的发芽势和平均发芽时间无显著差异，但杂草稻的发芽率和发芽指数显著高于栽培稻(P＜0.05)。盐胁迫条件下萌发的杂草稻幼苗，其平均根长和苗长均显著低于栽培稻(P＜0.05)，根鲜质量、苗鲜质量与栽培稻无显著差异。此外，与标准发芽结果(表1)相比，盐胁迫处理后杂草稻和栽培稻种子的发芽势、发芽指数、幼苗品质(根长、苗长、根苗鲜质量)均明显下降(下降幅度在30.2%~81.4%)，平均发芽时间明显延长(幅度分别为143.3%和61.4%)，但杂草稻的发芽率仅下降了3.5%。
表 2 盐胁迫下杂草稻和栽培稻种子的发芽情况及幼苗品质Table 2 Seed germination and seedling quality of weedy rice and cultivated rice under salt stress材料 发芽势/％ 发芽率/％ 平均发芽时间/d 发芽指数 根长/cm 苗长/cm 根鲜质量/(mg·株−1) 苗鲜质量/(mg·株−1) 杂草稻 14.7±5.7 a 83.2±3.3 a 7.3±1.2 a 15.0±0.7 a 4.4±0.9 b 2.4±0.6 b 7.3±0.1 a 9.3±0.2 a 栽培稻 24.3±3.3 a 48.3±1.4 b 7.1±0.4 a 8.6±0.6 b 6.0±1.3 a 4.0±0.7 a 8.4±0.2 a 10.1±0.2 a 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 2.3 干旱胁迫处理下水稻种子萌发和幼苗品质
从表3可见：干旱胁迫下，杂草稻和栽培稻种子的平均发芽时间无显著差异，杂草稻的发芽势、发芽率和发芽指数均显著高于栽培稻(P＜0.05)(表3)。幼苗品质方面，杂草稻的平均根长、根鲜质量和苗鲜质量均与栽培稻无显著差异，平均苗长则显著低于栽培稻(P＜0.05)。与标准发芽结果(表1)相比，干旱胁迫处理后杂草稻和栽培稻种子的发芽势、发芽率、发芽指数和幼苗质量(根长、苗长、根苗鲜质量)均明显下降(下降幅度在31.4%~100.0%)，平均发芽时间明显延长(幅度分别为226.7%和97.7%)。
表 3 干旱胁迫下杂草稻和栽培稻种子的发芽情况及幼苗品质Table 3 Seed germination and seedling quality of weedy rice and cultivated rice under drought stress材料 发芽势/％ 发芽率/％ 平均发芽时间/d 发芽指数 根长/cm 苗长/cm 根鲜质量/(mg·株−1) 苗鲜质量/(mg·株−1) 杂草稻 3.8±3.3 a 59.1±14.6 a 9.8±0.2 a 7.7±2.3 a 3.8±0.6 a 0.5±0.4 b 4.0±0.2 a 2.5±0.1 a 栽培稻 0.0±0.0 b 32.7±4.1 b 8.7±0.9 a 3.5±0.9 b 3.5±0.4 a 1.2±0.3 a 3.5±0.1 a 3.1±0.1 a 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 2.4 淹水条件下水稻种子萌发和幼苗品质
在5 cm水深条件下，杂草稻种子的发芽势、发芽指数均显著低于栽培稻(P＜0.05)，发芽率、平均发芽时间与栽培稻无显著差异(表4)。与栽培稻相比，淹水胁迫显著降低了杂草稻的平均根长和苗鲜质量(P＜0.05)；但杂草稻的苗长和根鲜质量均与栽培稻无显著差异。与标准发芽结果(表1)相比，淹水胁迫处理后杂草稻和栽培稻种子的发芽势、发芽率、发芽指数和幼苗品质(根长、苗长、根苗鲜质量)均明显下降(下降幅度在35.6%~94.2%)，平均发芽时间明显延长(幅度分别为116.7%和38.6%)。
表 4 淹水胁迫下杂草稻和栽培稻种子的发芽情况及幼苗品质Table 4 Seed germination and seedling quality of weedy rice and cultivated rice under flooding stress材料 发芽势/％ 发芽率/％ 平均发芽时间/d 发芽指数 根长/cm 苗长/cm 根鲜质量/(mg·株−1) 苗鲜质量/(mg·株−1) 杂草稻 5.8±1.8 b 37.3±9.4 a 6.5±0.3 a 5.7±1.2 b 0.9±0.0 b 1.8±0.2 a 1.0±0.2 a 3.1±0.7 b 栽培稻 17.1±1.6 a 40.9±8.0 a 6.1±0.0 a 7.1±1.3 a 1.6±0.0 a 1.8±0.1 a 1.1±0.2 a 5.2±0.2 a 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 2.5 低温胁迫下水稻种子萌发和幼苗品质
15 ℃低温条件下，杂草稻和栽培稻种子的发芽势均为0，其他发芽指标均无显著差异(表5)。幼苗品质方面，杂草稻的平均根长和苗长均与栽培稻无显著差异，但其根鲜质量和苗鲜质量均显著高于栽培稻(P＜0.05)。此外，与标准发芽结果(表1)相比，低温胁迫处理后杂草稻和栽培稻种子的发芽势、发芽率、发芽指数和幼苗质量(根长、苗长、根苗鲜质量)均明显下降(下降幅度为63.6%~100.0%)，平均发芽时间明显延长(幅度分别为323.3%和195.5%)。
表 5 低温下杂草稻和栽培稻种子的发芽情况及幼苗品质Table 5 Seed germination and seedling quality of weedy rice and cultivated rice under chilling stress材料 发芽势/％ 发芽率/％ 平均发芽时间/d 发芽指数 根长/cm 苗长/cm 根鲜质量/(mg·株−1) 苗鲜质量/(mg·株−1) 杂草稻 0.0±0.0 a 24.8±3.4 a 12.7±0.2 a 1.5±0.3 a 0.8±0.0 a 0.4±0.1 a 2.2±0.7 a 2.8±0.6 a 栽培稻 0.0±0.0 a 23.1±4.9 a 13.0±0.2 a 1.2±0.4 a 0.8±0.0 a 0.4±0.0 a 0.8±0.1 b 1.1±0.2 b 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 2.6 盐胁迫下水稻幼苗抗氧化物酶活性和MDA质量摩尔浓度
盐胁迫处理后，杂草稻幼苗的CAT、SOD、POD活性均显著高于栽培稻(P＜0.05)，MDA质量摩尔浓度则显著低于栽培稻(P＜0.05，表6)。杂草稻和栽培稻幼苗的APX活性无显著差异。
表 6 盐胁迫下杂草稻和栽培稻幼苗抗氧化物酶活性及MDA质量摩尔浓度Table 6 Antioxidant enzyme activity and MDA content of weedy rice and cultivated rice seedlings under salt stress材料 CAT/(×16.67 nkat·g−1) SOD/(×16.67 nkat·g−1) POD/(×16.67 nkat·g−1) APX/(×16.67 nkat·g−1) MDA/(nmol·g−1) 杂草稻 37.3±2.7 a 239.5±18.3 a 204.5±9.1 a 177.8±1.5 a 4.7±0.2 b 栽培稻 22.2±1.5 b 112.4±7.7 b 193.9±7.0 b 168.9±3.1 a 8.9±0.6 a 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 2.7 干旱胁迫下水稻幼苗抗氧化物酶活性和丙二醛质量摩尔浓度
干旱胁迫处理后，杂草稻和栽培稻幼苗的APX活性差异不显著(表7)。杂草稻幼苗的MDA质量摩尔浓度显著低于栽培稻(P＜0.05)，CAT、SOD和POD活性则显著高于栽培稻(P＜0.05)。
表 7 干旱迫下杂草稻和栽培稻幼苗抗氧化物酶活性及MDA质量摩尔浓度Table 7 Antioxidant enzyme activity and MDA content of weedy rice and cultivated rice seedlings under drought stress材料 CAT/(×16.67 nkat·g−1) SOD/(×16.67 nkat·g−1) POD/(×16.67 nkat·g−1) APX/(×16.67 nkat·g−1) MDA/(nmol·g−1) 杂草稻 34.5±0.1 a 228.3±31.1 a 367.9±32.9 a 115.2±7.1 a 3.6±0.3 b 栽培稻 13.8±0.7 b 155.4±14.1 b 303.5±15.4 b 112.4±4.6 a 11.1±0.9 a 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 3. 讨论
杂草稻的生存环境复杂多样，且经过长期的自然选择，其遗传多样性高，对区域环境的适应性强，不但在生长特性上表现出较强的竞争优势，而且具备对多种生物、非生物逆境的耐受性[21−23]。同时，由于杂草稻和栽培稻、野生稻O. rufipogon之间存在特殊的亲缘关系，研究和利用杂草稻的优异特性正日益受到重视[24−25]。比如，通过结合传统育种和分子育种等手段，充分利用杂草稻的稻属资源，可以丰富现有栽培稻品种的遗传基础，培育具备优良特性的水稻新品种[8, 23]。
杂草稻的遗传多样性丰富，不同区域的杂草稻特征特性不一。目前，已开展了对东北稻区[26−27]、宁夏稻区[9, 28]、江苏稻区[10]、上海稻区[29]杂草稻的生长特性和耐逆性研究，但对近年来杂草稻危害频发的浙江稻区研究较少。本研究在多种非生物胁迫条件下，对浙江稻区杂草稻和同一田块栽培稻的种子萌发和幼苗生长情况研究发现：在正常环境条件下，杂草稻种子的萌发能力显著强于栽培稻，且杂草稻更耐盐和干旱胁迫，但对淹水胁迫更敏感。
标准发芽结果表明：杂草稻种子的各项发芽指标均显著优于栽培稻，说明杂草稻种子的萌发能力显著强于栽培稻，这与黄俊浩[29]的结果类似。本研究还发现：杂草稻幼苗的根长显著低于栽培稻，苗长则显著高于栽培稻。推测可能是杂草稻适应环境的一种表现：一方面保证尽量多的种子能够萌发出苗，另一方面通过快速的苗生长占据有利生态位，与栽培稻竞争光照、温度等生长所必需的资源。
与标准发芽相比，0.15 mol·L−1 NaCl盐胁迫处理后，杂草稻的发芽率下降了3.5%，但仍保持在80%以上；而‘南粳46’的发芽率则降低了23.9%，下降幅度大。这说明浙江省杂草稻种子更耐盐。李振博等[13]发现180 mmol·L−1 NaCl胁迫对杂草稻发芽势的影响明显小于常规栽培稻，在培养至108 h时，NaCl对杂草稻的抑制率为0，而对栽培稻‘Ⅱ优98’ ‘Ⅱ you 98’和‘武育粳3号’‘Wuyugeng 3’抑制率仍有25%和58%。李玉融等[10]研究发现：在不同浓度盐胁迫下，苏南和苏中地区的杂草稻种子萌发率均高于栽培稻。张丽丽等[14]研究表明：在不同盐胁迫下，杂草稻‘WR03-12’株高、生物量、根系特征降幅小于栽培稻‘越光’‘Koshihikari’和‘长白9号’‘Changbai 9’，前者通过保持较大根长、表面积和总体积，以此吸收更多的水分，适应环境，提高竞争效率。本研究盐胁迫后发现：杂草稻的根苗长度均显著低于栽培稻，苗长变化率高于栽培稻，表明不同区域的杂草稻特征特性不一。
干旱胁迫处理后杂草稻种子萌发和幼苗质量与盐胁迫类似，即杂草稻种子的发芽情况显著优于栽培稻种子，且与标准发芽结果比，杂草稻的发芽势、发芽率、根长变化率均低于栽培稻，表明浙江省杂草稻种子更耐干旱胁迫，这与李玉融等[10]和李海粟等[27]的研究结果类似。李玉融等[10]比较了不同干旱条件下江苏稻区杂草稻和栽培稻种子的萌发速率，发现杂草稻的萌发率显著强于栽培稻，推测这是旱直播条件下杂草稻发生较重的原因之一。李海粟等[27]则发现东北稻区杂草稻种子耐旱能力显著强于栽培稻。
盐胁迫、干旱胁迫等会导致植物体内活性氧(ROS)的积累，从而引发氧化损伤，并进一步引发膜不饱和脂肪酸过氧化，而过氧化的程度可通过测定MDA质量摩尔浓度来表征[19]。SOD、CAT、APX和POD等抗氧化物酶被认为是植物体内ROS的重要清除剂[20]。本研究发现：干旱胁迫和盐胁迫后杂草稻幼苗的MDA质量摩尔浓度显著低于栽培稻，SOD、CAT和POD活性则显著高于栽培稻，这与丁国华等[8, 30]的研究结果类似。以上研究发现：干旱胁迫对杂草稻种子的萌发抑制程度明显低于栽培稻，且对杂草稻根系的抑制程度比地上部更小。此外，干旱胁迫下杂草稻幼苗的抗氧化物酶活性更高，MDA质量摩尔浓度则更低，推测这可能是杂草稻适应干旱胁迫的机制之一。WANG等[31]研究了61份的杂草稻种子耐干旱萌发能力发现：杂草稻种子耐旱萌发能力显著高于与之共存的栽培稻，推测杂草稻可能进化出了新的耐旱性。
本研究发现：淹水条件下，浙江省杂草稻的种子萌发和幼苗质量均较栽培稻更差，且杂草稻的各项指标变化率均高于栽培稻，说明浙江省杂草稻对淹水胁迫敏感。曹旦等[32]研究发现：淹水2 cm水深时，杂草稻很难出苗。余柳青等[15]研究表明：深水层处理后，杂草稻‘落粒粳’‘Luoligeng’成苗率和植株高度显著下降，常规粳稻‘春江11’‘Chunjiang 11’则具有较强的耐水淹特性。
低温胁迫处理后杂草稻和栽培稻种子发芽指标间并无显著差异，但杂草稻的幼苗品质较栽培稻稍好，说明浙江省杂草稻的耐寒能力与栽培稻无显著差异，这与北方稻区[26−28]的研究结果不一致。例如邹德堂[26]研究发现：黑龙江省5种杂草稻的耐寒能力比当地的栽培稻品种‘东农416’‘Dongnong 416’更强，特别是红长芒杂草稻的发芽率显著高于其他杂草稻。李玉融等[10]则发现苏南、苏中地区杂草稻种子比当地的栽培稻更耐低温，苏北地区相反。综上所述，不同地区的杂草稻耐低温特性存在较大差异，遗传多样性较高。
4. 结论
浙江省杂草稻种子在适宜条件下的萌发能力显著强于栽培稻，且杂草稻更耐干旱和盐胁迫，但对淹水条件敏感。浙江省杂草稻的耐干旱和耐盐能力可能与其抗氧化活性更高有关。对于直播稻田，可在播种后灌水，对于移栽稻田，则可在移栽前后保持一定深度的水位，以减少杂草稻种子萌发。
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图 2 不同储藏条件下花粉活力比较
Figure 2 Comparison of pollen viability under different storage conditions
图 3 储藏4 d后4个散粉期花粉活力对比
A.即将散粉期; B.散粉初期; C.散粉盛期; D.散粉末期; 比例尺为70 μm。
Figure 3 Pollen vitality of four storage period after storing four days
图 4 储藏6d花粉活力对比
A. -70℃密封干燥; B. -70℃密封; C. 4℃密封干燥; D. 4℃密封; E.常温密封干燥; F.常温密封; 标尺为70 μm。
Figure 4 pollen vitality of four storage period after strong six days
表 1 薄壳山核桃散粉期花粉生活力
Table 1. Pollen viability of pecan during pollination
散粉状态 不同储藏时间的花粉生活力/% 0 1 2 3 4 d 即将散粉 93.00±0.31a 90.51±0.29 a 85.88±1.52 a 79.07±1.17 a 70.48±0.41 a 散粉初期 92.75±1.33 a 90.86±0.59 ab 83.03±0.55 ab 73.93±0.88 b 53.90±2.26 b 散粉盛期 88.39±1.29 b 88.03±0.82 b 80.17±0.93 b 70.39±0.79 b 49.40±1.35 b 散粉末期 79.60±1.44 c 72.27±1.20 c 58.45±0.56 c 45.28±2.31 c 20.47±1.12 c 说明:表中同列不同字母表示差异达显著性水平(P＜0.05)。 
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表 2 散粉期花粉活力方差分析
Table 2. Comparison of pollen viability during pollination
差异来源 平方和 自由度 均方 F值 置信度 储藏时间 0.563 4 0.141 49.966 0.000 散粉期 0.313 3 0.104 36.984 0.000 误差 0.034 12 0.003 总计 0.910 19 说明:置信度＜0.05差异显著，置信度＜0.01差异极显著。
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表 3 不同储藏条件下花粉活力方差分析
Table 3. Variance analysis of pollen viability under different storage conditions
差异来源 平方和 自由度 均方 F值 置信度 储藏条件 3.781 5 0.756 20.345 0.000 储藏时间 8.037 11 0.731 19.659 0.000 误差 2.044 55 0.037 总计 13.862 71
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链接本文:
https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.2014.04.006
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