硫化氢及其硫化氢供体在制备诱导水稻种子抗冷促芽剂中应用

摘要

本发明公开了硫化氢及其硫化氢供体在制备诱导水稻种子抗冷促芽剂中的应用。本发明经过大量实验筛选，实验结果表明，硫化氢及其硫化氢供体能够有效提高水稻种子在受到低温环境中的发芽势，诱导种子快速、整齐的萌发，并提高发芽率，并能促进幼苗在低温下的生长发育，提高抗冷害作用。本发明可解决低温突袭时农业生产中的一个关键问题，具有重要的应用价值。

说明书

技术领域

 本发明涉及硫化氢的新用途，具体涉及硫化氢及其硫化氢供体促进低温冷害下水稻种子萌发及幼苗生长的新用途。

背景技术    

    虽然全球气候有变暖趋势，但仍然变化无常，时有冷空气突袭各地的情况发生，这就会引起栽培作物的低温冷害，其中低温冷害引起主要粮食作物——水稻的减产是一个全球性的问题，全世界有 1500万hm²以上的稻作面积受到低温威胁，占全部稻作面积的1/10，其中24个国家存在严重的水稻低温冷害问题，尤其是日本、韩国、美国和中国。低温冷害是引起我国粮食减产的主要因素之一，我国每年因低温冷害损失稻谷30~50亿Kg。特别是在我国南方双季稻地区，3月底至4月上旬的倒春寒频有发生，连续低温阴雨引起的早稻烂种、苗期烂秧是急需解决的问题。

    由于分布在不同地理区的不同水稻品种在其不同发育阶段内常受到不同程度和不同类型的低温危害，这就增加了增强水稻抗冷性的难度。通常情况下，水稻在温度低于12℃时就会表现出冷害症状，冷害可引起水稻伤害主要是整个代谢和生理过程的不可逆伤害，可造成膜透性增加，叶绿素合成受抑制和叶绿体结构破坏，成为低温降低作物产量的主要因素。在水稻种子萌发过程中，低温能明显抑制相关酶的活性，进而抑制胚的生长，发根率降低，妨碍种子的萌发；同时，如果在幼苗期受低温冷害，会引起体内细胞出现氧化胁迫，同时冷胁迫下稻和叶片的水分亏缺，增强了低温对质膜的伤害程度，使得细胞结构的稳定性下降，提高了水稻幼苗细胞电解质渗漏率，叶鲜重和叶绿素含量下降，也破坏了细胞的酶反应系统及物质平衡，最终表现为幼苗的死苗率和枯尖率显著增加，降低农业生产效率。

    低温胁迫下植物种子不能正常、及时、整齐萌发的特性给农业生产上带来了严重的影响，直接后果就是造成缺苗断垄，植株或幼苗长势不均一、生育期不一致，严重影响田间管理、群体生长发育及产量和整整体收益；

    同时，如果水稻在幼苗期遇冷受害，日照良好时会出现青枯死苗，连续阴雨时会出现黄枯死苗，也可能产生延迟效应，即低温虽然未直接对水稻植株或器官造成致死性伤害，但是使水稻植株发育迟缓，导致抽穗开花延迟，生育期推迟，灌浆不彻底，以致到秋霜来临时还不能完全成熟，其最终表现是成熟度差，瘪粒率高，粒重低，造成减产。

为了克服这些难题，现有技术进行了大量研究，例如，采用化学药物和植物激素增强抗冷性，化学药物如用0.1%的海藻糖、高效唑、多效唑、S-3307烯效唑或DA-6溶液将水稻种子进行播前浸泡预处理，其目的是预先提高种子抗逆性，以适应接下来的可能出现的低温胁迫下的生长环境。植物激素与植物生长调节剂（如表油菜素内酯、壳寡糖）等也被应用到种子播前预处理，以提高低温胁迫下植物种子的萌发率；同时在幼苗期喷施防寒药剂，如CR-4抗寒剂、CR-9抗寒剂等。然而，通常使用的方法是采用几种化合物以特定的质量体积比配合施用，并且这些混合物的配方大多针对一种或少数几种植物的某个生长发育阶段才有明显效果，从而限制了其广泛应用。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种广谱的、效果优越的抗低温冷害的水稻促芽保苗剂，本发明经过大量实验筛选，提供硫化氢及其硫化氢供体促进低温冷害下水稻种子萌发及幼苗生长的新用途。

    技术方案：本发明采取的技术方案为：硫化氢及其硫化氢供体在制备诱导水稻种子抗冷促芽剂中应用。

    作为优选方案，以上所述的硫化氢及其硫化氢供体在制备诱导水稻种子抗冷促芽剂中应用，所述的硫化氢的供体是硫氢化钠、硫氢化钾等。

 作为更优选方案，以上所述的硫化氢及其硫化氢供体在制备诱导水稻种子抗冷促芽剂中应用， 所述的供体硫氢化钠、硫氢化钾的浓度为0.2-0.4mmol/L。

    作为优选方案，以上所述的硫化氢及其硫化氢供体在制备诱导水稻种子抗冷促芽剂中应用，具体处理方式为将水稻种子在浓度0.2-0.4mmol/L硫氢化钠、硫氢化钾水溶液中于室温条件下预处理12-24小时。

    本发明根据水稻种子的萌发特性、生理代谢、幼苗期生长发育特点，经过广泛的筛选和系统的条件试验，实验研究结果表明将硫氢化钠、硫氢化钾配制成0.2-0.4mmol/L浓度的水溶液预处理水稻种子后，可以明显提高其对低温胁迫的抗性，提高种子萌发率，以及幼苗期遭受冷害时，并且浇灌0.2-0.4mmol/L浓度的硫氢化钠、硫氢化钾水溶液，能够明显提高水稻抗冷能力，促进幼苗的生长发育。

实验研究表明，如果水稻在幼苗期突然遭受低温，浇灌0.2-0.4mmol/L浓度的硫氢化钠水溶液能够促进幼苗生长发育，增加株高根长，同时提高叶绿素含量和光化学反应效率，缓解冷害对幼苗生长的胁迫，起到保苗促生长的作用。本发明提供的硫氢化钠水溶液可广泛应用于易遭受低温突然袭击水稻生产地，进行应急抗冷处理。 

    本发明提供的硫化氢（H₂S）供体硫氢化钠（NaHS）或硫氢化钾单体溶于水配制而成，硫氢化钠、硫氢化钾是通过在水中缓慢释放出H₂S/HS，行使其促进抗冷促芽保苗促生长功能的。

有益效果：本发明提供的硫化氢及其硫化氢供体在制备诱导水稻种子抗冷促芽剂中应用具有以下优点：

本发明根据水稻种子的萌发特性、生理代谢、幼苗期生长发育特点，经大量实验筛选和系统的条件试验，提供硫化氢及其硫化氢供体在制备诱导水稻种子抗冷促芽剂中应用，实验结果表明，采用本硫化氢供体硫氢化钠预处理水稻种子，能诱导种子中淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等水解酶的活性表达，促进贮藏物质的氧化分解，缓解种子和幼苗内部低温胁迫引起的氧化损伤，维持种子与幼苗内较低的膜脂过氧化水平，有利于胚芽和胚根的正常生长，以及幼苗的生长发育。本发明的提供的处理方法能够有效提高水稻种子在受到低温环境中的发芽势，诱导种子快速、整齐的萌发，并提高发芽率，可解决低温突袭时农业生产中的一个关键的问题，具有重要的实际应用价值，应用范围广泛。

附图说明

     图1是一叶一心期的水稻经处理在低温培养6天后植株的株高和根长的对比图。

     图2是一叶一心期的水稻经处理在低温培养6天后植株的生物量的对比图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1 硫氢化钠促进低温环境中水稻种子的萌发实验

称取一水硫氢化钠（NaHS·H₂O）加水配制成0.4 mmol/L浓度的硫氢化钠水溶液。实验组：将水稻种子在室温条件下，于浓度为0.4 mmol/L的硫氢化钠（NaHS）水溶液预处理(浸泡，下同)12-24小时，平行设定3组；同时设立对照组：即水稻种子在室温条件下，于不添加硫氢化钠（NaHS）的溶剂水溶液预处理(浸泡，下同)12-24小时。然后分别将实验组和对照组的种子捞出，分别播种于10℃低温条件下。实验结果表明，在播种48小时后，实验组即经过0.4 mmol/L的硫氢化钠（NaHS）水溶液预处理的水稻种子发芽率比对照组水稻种子发芽率提高33% ~41%。

实施例2  硫氢化钠促进低温冷害环境中水稻幼苗生长发育的实验

1、实验方法：称取一水硫氢化钠(NaHS·H₂O)加水配制0.4mmol/L浓度水溶液。实验组：将处于一叶一心期的水稻幼苗移入15℃低温环境中，浇灌浓度为0.4mmol/L的硫氢化钠（NaHS）水溶液，每隔24小时浇灌一次，处理6次后取样记录，平行设定3组。同时设定对照组：将处于一叶一心期的水稻幼苗移入15℃低温环境中，只浇灌水，每隔24小时浇灌一次，处理6次后取样记录。

2、实验结果。如图1和图2所示，0.4mmol/L的NaHS水溶液可以明显缓解低温对水稻幼苗的胁迫；经测定表明实验组的幼苗的株高和根长分别比低温对照组的株高和根长提高12% 和22%。实验组的幼苗的地上部分和地下部分生物量比低温对照组的株高和根长分别提高11% 和288%。显示出了很好的抗水稻低温冷害的作用。

实施例3  硫氢化钠促进低温冷害环境中水稻幼苗叶片蛋白质表达的实验

1、实验方法：称取一水硫氢化钠(NaHS·H₂O)加水配制0.4mmol/L浓度水溶液。实验组：将处于一叶一心期的水稻幼苗移入15℃低温环境中，浇灌浓度为0.4mmol/L的硫氢化钠（NaHS）水溶液，每隔24小时浇灌一次，平行设定3组。同时设定对照组：将处于一叶一心期的水稻幼苗移入15℃低温环境中，只浇灌水，每隔24小时浇灌一次，处理48小时后取幼苗叶片提取蛋白质，测定蛋白质在各实验组中的表达量。

2、实验结果。

    具体实验结果如表1所示：

表1 低温冷害环境中水稻幼苗叶片蛋白质表达情况

如表1所示，低温胁迫减少photosystem I subunit VII，ribulose-bisphosphate carboxylase activase 和Thiol-specific antioxidant protein 蛋白质表达量，而0.4mmol/L的NaHS溶液可以明显增强低温对上述三种蛋白质表达。低温胁迫增强了Oxygen-evolving enhancer protein 2和dehydroascorbate reductase蛋白质表达量，而0.4mmol/L的NaHS溶液可以明显减少低温对上述蛋白质表达的影响。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。