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作物杂志,2026, 第3期: 216–224 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2026.03.028

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

淹水深度对水稻胚芽鞘伸长的影响及其生理机制

刘冬1(), 李君霞1, 马梦娟1, 张骐飞2, 李明1, 付景1, 王越涛1, 王付华1, 尹海庆1, 王亚1()   

  1. 1 河南省农业科学院粮食作物研究所， 450002， 河南郑州
    2 方城县气象局， 473200， 河南南阳
  • 收稿日期:2025-02-15 修回日期:2025-04-11 出版日期:2026-06-15 发布日期:2026-06-17
  • 通讯作者: 王亚，主要从事作物遗传育种研究，E-mail：wangya840212@163.com
  • 作者简介:刘冬，主要从事作物遗传育种、水稻种质创新及分子生物学研究，E-mail：liudongzh@163.com
  • 基金资助:
    河南省重点研发专项(231111110500);河南省农业科学院自主创新项目(2025ZC22);河南省农业科学院科技创新团队项目(2025TD16);河南省农业科学院基础性科研项目(2025JC04)

Effects of Flooding Depth on Coleoptile Growth in Rice and the Underlying Physiological Mechanisms

Liu Dong1(), Li Junxia1, Ma Mengjuan1, Zhang Qifei2, Li Ming1, Fu Jing1, Wang Yuetao1, Wang Fuhua1, Yin Haiqing1, Wang Ya1()   

  1. 1 Cereal Crops Research Institute, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, Henan, China
    2 Fangcheng Meteorological Service, Nanyang 473200, Henan, China
  • Received:2025-02-15 Revised:2025-04-11 Online:2026-06-15 Published:2026-06-17

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2

PDF (PC)

26

补充材料

1

摘要：

耐低氧萌发种质资源的筛选、利用和生理机制的探究是选育适宜直播水稻新品种的基础。为简便、高效地评价种质资源的耐低氧萌发能力，在0.5（对照）、5.0和10.0 cm淹水深度下，以胚芽鞘长度为主要筛选指标对432份水稻种质资源进行萌发耐淹性鉴定。结果表明，淹水处理下，胚芽鞘长度和种子存活率表现出广泛的变异，且粳稻品种表现出比籼稻品种更长的胚芽鞘。通过胚芽鞘长度和耐淹指数筛选获得10份耐低氧萌发能力强的种质资源。其中，粳稻品种葡萄黄和黄皮糯以及籼稻品种饿死牛和博B表现出更强的耐低氧萌发能力，淹水处理下粳稻品种葡萄黄和黄皮糯的胚芽鞘长度显著高于籼稻品种饿死牛和博B。生理指标表明，淹水处理下4个品种的脱落酸（ABA）、赤霉素3（GA3）和生长素（IAA）含量以及α-淀粉酶（α-AMY）和乙醇脱氢酶（ADH）的活性均显著高于对照处理（0.5 cm），且粳稻品种的α-AMY活性、GA3和IAA含量高于籼稻品种。相关性分析表明，淹水处理下4个品种的α-AMY活性、GA3和IAA含量与胚芽鞘长度呈正相关（r>0.9）。综上，ABA、GA3、IAA和活性氧含量以及α-AMY和ADH活性会促进淹水下胚芽鞘的伸长，而α-AMY活性、GA3和IAA含量在淹水处理下胚芽鞘的伸长中发挥更加重要的作用，且更高的α-AMY活性、GA3和IAA含量赋予粳稻品种更强的耐低氧萌发能力。

关键词: 水稻, 淹水深度, 耐低氧萌发, 胚芽鞘, 种质资源, 生理机制

Abstract:

The screening, utilization, and investigation of the physiological mechanisms underlying anaerobic germination tolerance germplasm resources are fundamental to developing new rice varieties suitable for direct seeding. To simply and efficiently assess the anaerobic germination tolerance of germplasm resources, this study employed coleoptile length as the primary screening criterion to assess hypoxia tolerance across 432 rice accessions under 0.5 (control), 5.0 and 10.0 cm flooding conditions. The results showed that, under flooding stress, coleoptile length and seed survival rate exhibited substantial genetic variation, with japonica cultivars demonstrating significantly longer coleoptiles compared to indica cultivars. Ten germplasm resources with strong anaerobic germination tolerance were identified through coleoptile length and hypoxia tolerance index. Among these, the japonica rice varieties Putaohuang and Huangpinuo, as well as the indica rice varieties Esiniu and BoB, exhibited superior hypoxia resistance during germination. Additionally, the coleoptile lengths of japonica rice varieties Putaohuang and Huangpinuo were found to be longer than those of indica rice varieties Esiniu and BoB under flooding treatments. Physiological analyses revealed that the contents of abscisic acid (ABA), gibberellic acid (GA3), indole-3-acetic acid (IAA), and the activities of α-amylase (α-AMY) and alcohol dehydrogenase (ADH) were significantly higher than the control (0.5 cm) under flooding stress, and α-AMY activity, GA3 and IAA contents of japonica rice varieties were higher than that of indica rice varieties. Correlation analysis showed that under flooding treatment, the α-AMY activity, GA3 and IAA contents of four varieties were positively correlated with coleoptile length (r > 0.9). The above results showed that ABA, GA3, IAA and ROS contents and α-AMY and ADH activity promote the elongation of coleoptiles, while α-AMY activity, GA3 and IAA contents play more important positive roles in the elongation of coleoptile under flooding stress, and higher α-AMY activity, GA3 and IAA contents gave japonica varieties more low-oxygen germination tolerance.

Key words: Rice, Flooding depth, Anaerobic germination tolerance, Coleoptile, Germplasm resources, Physiological mechanisms

图1

不同淹水深度下水稻种质资源耐淹指标 (a)~(b) 不同淹水深度下水稻种质资源的胚芽鞘长度；(c)~(d) 不同淹水深度下水稻种质资源的存活率。不同小写字母表示差异显著（P < 0.05）。下同。

表1

不同淹水处理下水稻种子存活率和胚芽鞘长度的均值和变异系数

淹水深度
Flooding
depth (cm)		 种子存活率Seed survival rate (%) 胚芽鞘长度Coleoptile length (cm)
变幅
Range		 平均值
Mean		 中位数
Median		 变异系数
CV (%)		 变幅
Range		 平均值
Mean		 中位数
Median		 变异系数
CV (%)
0.5 13.33~100.00 48.40 43.33 44.88 0.55~1.93 1.37 1.30 28.65
5.0 0.00~90.00 21.49 17.67 97.93 0.00~3.35 1.26 0.85 63.99
10.0 0.00~96.67 31.57 27.67 74.83 0.00~3.53 1.66 1.28 46.28

表2

前10份耐低氧萌发能力强的种质资源

编号
Number		 品种
Variety		 淹水深度
Flooding
depth (cm)		 胚芽鞘长度
Coleoptile
length (cm)		 耐淹指数
Waterlogging
tolerance index		 编号
Number		 品种
Variety		 淹水深度
Flooding
depth (cm)		 胚芽鞘长度
Coleoptile
length (cm)		 耐淹指数
Waterlogging
tolerance index
1 须谷糯 0.5 1.55 6 葡萄黄 0.5 1.36
5.0 1.92 0.24 5.0 2.23 0.64
10.0 2.23 0.44 10.0 2.90 1.13
2 金枝糯 0.5 1.97 7 Jan-76 0.5 1.87
5.0 2.18 0.11 5.0 2.14 0.14
10.0 2.58 0.31 10.0 2.72 0.45
3 饿死牛 0.5 1.47 8 农垦58 0.5 1.89
5.0 1.66 0.13 5.0 2.03 0.07
10.0 2.73 0.86 10.0 2.59 0.37
4 闷加丁2 0.5 1.80 9 黄皮糯 0.5 1.45
5.0 2.37 0.32 5.0 2.96 1.04
10.0 2.56 0.42 10.0 3.25 1.24
5 博B 0.5 1.37 10 辽粳287 0.5 3.03
5.0 1.54 0.12 5.0 3.69 0.22
10.0 2.31 0.69 10.0 4.36 0.44

图2

黄皮糯、葡萄黄、饿死牛和博B耐低氧萌发表现

表3

淹水条件下4个品种的平均胚芽鞘长度

淹水深度
Flooding
depth (cm)		 品种
Variety		 最小值
Min.
(cm)		 最大值
Max.
(cm)		 平均值
Mean
(cm)		 标准
差
SD		 变异
系数
CV (%)
0.5 饿死牛 1.42 1.52 1.42gh 0.24 0.16
博B 1.34 1.44 1.35ij 0.25 0.19
黄皮糯 1.38 1.58 1.44hi 0.11 0.08
葡萄黄 1.36 1.43 1.38j 0.21 0.16
5.0 饿死牛 1.89 2.16 1.92ef 0.28 0.14
博B 1.96 2.23 2.13de 0.16 0.08
黄皮糯 2.59 2.82 2.70bc 0.23 0.09
葡萄黄 1.80 1.93 1.84fg 0.27 0.15
10.0 饿死牛 2.64 2.87 2.83b 0.16 0.06
博B 2.43 2.43 2.34cd 0.19 0.08
黄皮糯 3.15 3.31 3.12a 0.27 0.09
葡萄黄 3.24 3.41 3.30a 0.30 0.09

图3

不同淹水深度下耐低氧萌发材料酶活性和活性氧分析

表4

不同淹水深度下籼、粳稻相关酶活性和活性氧特征

淹水深度
Flooding
depth (cm)		 水稻
Rice		 项目
Item		 α-AMY
(U/g FW)		 ADH
(U/g FW)		 ROS
(ng/g FW)
0.5 籼稻 最大值 37.60 77.57 1322.95
最小值 32.91 39.82 876.41
平均值 34.89c 58.90d 1087.69d
标准差 2.88 16.64 177.10
变异系数 (%) 0.08 0.28 0.16
粳稻 最大值 40.69 78.22 1692.42
最小值 38.97 73.12 1179.65
平均值 39.88b 75.58c 1415.90bc
标准差 0.68 1.83 220.10
变异系数 (%) 0.02 0.02 0.16
5.0 籼稻 最大值 39.68 80.03 1239.08
最小值 33.31 53.46 920.04
平均值 36.23c 67.09d 1084.94cd
标准差 2.34 11.70 117.09
变异系数 (%) 0.06 0.17 0.11
粳稻 最大值 43.26 87.77 1646.52
最小值 37.77 80.85 1100.81
平均值 40.85b 84.31b 1388.54b
标准差 1.78 2.88 231.78
变异系数 (%) 0.04 0.03 0.17
10.0 籼稻 最大值 42.97 85.20 1427.78
最小值 36.71 57.43 945.54
平均值 39.67bc 71.23c 1171.51bc
标准差 2.47 12.42 204.58
变异系数 (%) 0.06 0.17 0.17
粳稻 最大值 45.70 92.38 1652.19
最小值 42.65 83.41 1446.48
平均值 44.37a 88.82a 1560.67a
标准差 1.06 3.12 73.84
变异系数 (%) 0.02 0.04 0.05

图4

不同淹水深度下耐低氧萌发材料内源激素特征

表5

不同淹水深度下籼粳稻相关激素含量特征

淹水深度
Flooding
depth (cm)		 水稻
Rice		 项目
Item		 GA3
(pmol/g FW)		 ABA
(nmol/g FW)		 IAA
(nmol/g FW)
0.5 籼稻 最大值 0.62 379.86 0.31
最小值 0.50 266.61 0.19
平均值 0.56e 326.34de 0.25d
标准差 17.32 48.93 0.05
变异系数 31.02 0.15 0.19
粳稻 最大值 1.07 545.33 0.45
最小值 0.69 444.07 0.38
平均值 0.88 500.21 0.41
标准差 0.17c 34.15c 0.026b
变异系数 0.19 0.07 0.06
5.0 籼稻 最大值 0.67 356.41 0.34
最小值 0.50 216.52 0.22
平均值 0.60d 286.82e 0.28c
标准差 0.06 57.86 0.05
变异系数 0.11 0.20 0.19
粳稻 最大值 1.18 557.85 0.49
最小值 0.79 510.69 0.41
平均值 0.98b 540.30b 0.45a
标准差 0.15 17.32 0.03
变异系数 0.16 0.03 0.08
10.0 籼稻 最大值 0.67 482.44 0.34
最小值 0.62 344.42 0.25
平均值 0.64d 420.80d 0.29c
标准差 0.02 48.60 0.03
变异系数 0.03 0.12 0.12
粳稻 最大值 1.23 668.43 0.50
最小值 0.94 595.42 0.41
平均值 1.09a 624.95a 0.45a
标准差 0.12 27.50 0.04
变异系数 0.11 0.04 0.08

表6

不同淹水处理下生理指标间及与胚芽鞘长度间的相关性分析

指标
Index		 淹水深度
Flooding
depth
(cm)		 胚芽鞘长度
Coleoptile
length		 α-AMY活性
α-AMY
activity		 ADH活性
ADH activity		 ROS含量
ROS
content		 GA3含量
GA3
content		 ABA含量
ABA
content		 IAA含量
IAA
content
5.0 cm 10.0 cm 5.0 cm 10.0 cm 5.0 cm 10.0 cm 5.0 cm 10.0 cm 5.0 cm 10.0 cm 5.0 cm 10.0 cm 5.0 cm 10.0 cm
胚芽鞘长度
Coleoptile length		 5.0 1.00 0.61 0.32 -0.54 0.69 -0.24 0.59
10.0 1.00 0.93 0.37 0.42 0.79 0.46 0.84
α-AMY活性
α-AMY activity		 5.0 0.61 1.00 0.68 0.09 0.99 0.60 0.99
10.0 0.93 1.00 0.57 0.57 0.94 0.28 0.97
ADH活性
ADH activity		 5.0 0.32 0.68 1.00 0.62 0.71 0.66 0.68
10.0 0.37 0.57 1.00 0.99 0.80 0.51 0.74
ROS含量
ROS content		 5.0 -0.54 0.09 0.62 1.00 0.06 0.78 0.11
10.0 0.42 0.57 0.99 1.00 0.79 0.61 0.73
GA3含量
GA3 content		 5.0 0.69 0.99 0.71 0.06 1.00 0.53 0.99
10.0 0.79 0.94 0.80 0.79 1.00 0.32 0.99
ABA含量
ABA content		 5.0 -0.24 0.60 0.66 0.78 0.52 1.00 0.62
10.0 0.46 0.28 0.51 0.61 0.32 1.00 0.31
IAA含量
IAA content		 5.0 0.59 0.99 0.68 0.11 0.99 0.62 1.00
10.0 0.84 0.97 0.74 0.73 0.99 0.31 1.00
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