耐热水稻种质资源的筛选与初步评价

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　　（粮食作物种质创新与品种改良湖北省重点实验室/湖北省农业科学院粮食作物研究所，武汉  430064）
　　摘要：在人工气候室设定极端高温条件下，对来源于不同国家和地区的18份处于扬花灌浆期的水稻种质进行耐热性鉴定，并结合大田自然条件下其主要农艺性状表现，对参试水稻种质进行耐热性筛选及初步评价。结果表明，水稻种质间的耐热性存在明显差异，筛选出农艺性状优良，极端耐热种质3份，分别为zy11、zy18和zy67。
　　关键词：耐热性;水稻种质;结实率;高温
　　中图分类号：S511         文献标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2019）24-0020-03
　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.24.005           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Screening and preliminary evaluation of rice germplasm tolerant to high temperature
　　LI Pei-de，ZHOU Lei，LI Zhen-lian，LIU Kai，XU Hua-shan，YANG Guo-cai，
　　CHEN Zhi-jun，ZHA Wen-jun，LI San-he，YOU Ai-qing
　　（Hubei Key Laboratory of Food Crop Germplasm and Genetic Improvement/Food Crops Institute，
　　Hubei Academy of Agricultural Sciences，Wuhan 430064，China）
　　Abstract： Under the condition of extreme high temperature set by artificial climate chamber， the heat tolerance of 18 rice germplasms from different countries and regions between heading-flowering stage and grain filling stage was identified. Combining with the main agronomic characteristics of 18 rice germplasms under natural conditions in the field， the heat tolerance screening and preliminary evaluation of the tested rice germplasms were carried out. The results showed that there were significant differences in heat tolerance among germplasms. Three extremely heat tolerant rice germplasms， zy11， zy18 and zy67 were screened out with good agronomic traits.
　　Key words： heat tolerance; rice germplasm; seed setting rate; high temperature
　　溫室效应不断加剧，全球气候逐渐变暖，极端高温天气出现愈发频繁，高温热害发生频率加大。2016年武汉7—8月35 ℃以上高温共计26 d，2017年武汉7—8月35 ℃以上高温共计28 d，且多次出现40 ℃以上高温[1]。高温热害对水稻育性、产量、品质等多方面都有较大影响。在高温条件下，研究者对水稻颖花开花数、花粉成熟度、花药开裂角度、花粉在柱头发芽及花粉管的伸长等方面进行了研究[2-5]，认为抽穗期是水稻对高温热害最敏感的时期。另外，高温对稻米品质影响较大。水稻灌浆期遇到高温，子粒充实度较差，稻米垩白增加，透明度降低，品质变劣[6，7]。研究表明，不同品种水稻对高温的敏感度明显不同，其耐热性存在显著的基因型差异[8-10]。
　　湖北省作为中国水稻产区之一，常年中稻种植面积约200万hm2，抽穗扬花期一般处于7—8月。由于盛夏季节副热带高压等因素的影响，高温热害一直是湖北省水稻主要气象灾害之一。为了应对高温热害对水稻生产产生的不利影响，培育耐高温优质水稻品种成为湖北省水稻育种技术创新的关键。而培育耐高温优质水稻品种，其首要条件就是水稻耐热优异种质的发掘。笔者利用近几年收集的国内外种质资源为试验材料，开展了抽穗扬花期至灌浆期水稻耐热性研究，并通过高温胁迫下不同水稻种质资源结实率高低及自然条件下主要农艺性状的综合评价鉴定，筛选出综合性状优且耐高温的优异种质，以供育种利用。
　　1  材料与方法
　　1.1  材料
　　湖北省农业科学院粮食作物研究所从中国水稻研究所引进的种质材料共35份。由于供试材料来自世界不同生态区域，生育期不一致，因此选取见穗期相一致的18份（含对照品种WD-16343）材料进行高温胁迫处理。以耐高温水稻品种WD-16343为对照。
　　1.2  方法
　　各试验材料于2017年5月10日统一播种。参与高温处理的材料于水稻见穗初期选取生长一致的植株装入盆钵，移入人工气候室。每盆栽3株，每份材料设3次重复，常规水肥管理。设定相对湿度为70%，光照12 h/d，恒温39 ℃（白天）/28 ℃（夜晚）。处理20 d后，将参试品种移至常温下，直至成熟，以田间自然条件下生长的各参试品种为对照。在种子成熟后，对高温处理的单株进行考种，调查各参试品种的结实率、千粒重。同时分别取自然条件下生长的各参试品种典型株10株进行考种，调查其株高、单株有效穗数、穗长、结实率、千粒重等农艺性状。 　　2  结果与分析
　　2.1  自然条件与人工温室的气温比较
　　2017年将供试水稻材料作中稻种植时，抽穗扬花灌浆期高温处理日期为8月8—27日。高温处理期间，温室内日平均最高气温为39.0 ℃，比自然条件下高3.9 ℃;温室内日平均最低气温与自然条件下相差不大，温室为28.0 ℃，自然条件下为28.3 ℃（表1）。从表1还可以看出，参试材料高温处理期间，自然条件下气温达到或超过35.0 ℃的天数为15 d，其中从8月15日起到8月27日止，气温连续达到或超过35.0 ℃。如此频繁且持续时间较长的高温天气，也为耐热水稻种质的筛选提供了天然的有利条件。
　　2.2  高温胁迫对水稻品种结实率和千粒重的的影响
　　表2试验数据显示，在自然条件下参试品种的结实率变幅为27.6%～92.9%，在高温胁迫下结实率变幅为0.5%～29.6%，说明参试品种间的耐热性存在较大的差异。从表2可以看出，对照品种WD-16343在高温胁迫下的结实率为24.1%，居所有参试品种第二位;品种zy25在高温胁迫下的结实率为29.6%，居第一位，高于对照品种WD-16343 5.5个百分点，耐热性强。zy13、zy67在高温胁迫下的结实率分别为22.3%、22.2%，与耐热品种WD-16343相近。因此，zy13、zy25、zy67这3个水稻品种对高温的反应比较迟钝，耐热性强，是较好的水稻耐热种质。zy11、zy18、zy22、zy65这4个品种在高温胁迫下的结实率分别为16.4%、15.9%、16.0%、12.2%，耐热性中等。其余10个品种在高温胁迫下的结实率均小于10%，耐热性较弱。尤其是zy03、zy04、zy06这3个品种，在高温胁迫下，结实率低，耐热性极差。
　　在自然条件下参试品种的千粒重变幅为19.2～30.9 g，在高温胁迫下千粒重變幅为7.6～21.9 g，说明高温胁迫下，子粒充实度不够，千粒重下降明显。高温胁迫下，对照品种WD-16343的千粒重为17.7 g，居第三位，与对照品种千粒重相当的品种有zy22、zy18、zy65、zy13、zy14、zy25、方欣1号、zy67、zy11，千粒重分别为21.9、20.1、17.3、17.1、16.9、16.8、16.7、15.1、15.0 g，其余8个品种在高温胁迫下，千粒重明显低于对照。
　　2.3  自然条件下参试水稻品种主要农艺性状及在育种利用上的评价
　　由表3可知，在自然条件下参试的18份水稻材料株高变幅为86.0～182.7 cm，最高的为对照品种WD-16343，最低的品种为zy03。单株有效穗数变幅为6.8～13.0个，最多的品种为zy11，最少的为zy03，另外分蘖力较强的品种还有WD-16343、zy07、zy18、zy20、zy67、方欣1号，其单株有效穗数都在10.0个以上。单株穗长变幅为16.7～29.5 cm，每穗总粒数变幅为111.5～215.8粒，结实率变幅为27.6%～92.9%，千粒重变幅为19.2～30.9 g。从参试材料主要农艺性状的变幅可以看出，参试品种间存在较大的差异。综合各参试品种主要农艺性状来看，zy11、zy18、zy67、方欣1号4个品种具有株高适中、分蘖力强、结实率较高等优点，在水稻育种中有较高的利用价值。结合在高温胁迫下的结实率和千粒重可以看出，zy11、zy18、zy67这3个品种不但具有较高的耐热性，而且农艺性状优良，是较好的水稻耐热种质资源。
　　3  讨论
　　耐高温，作为水稻抗非生物逆境之一，对其研究较其他逆境的研究起步较晚，显得相对落后。随着全球气候逐步变暖，高温热害对水稻生产造成较大影响，选育耐高热的水稻品种显得越来越重要。因而，水稻耐热优异种质的发掘、评价与利用将在今后水稻育种中占据更加重要的位置。
　　3.1  水稻耐热指标的探讨
　　高温对水稻的伤害主要发生在孕穗期、抽穗扬花期和灌浆成熟期。不同研究学者由于研究的时期不同，所采用的评价标准也不同。方先文等[10]在水稻孕穗期对来源于不同国家和地区的58份水稻品种进行高温胁迫5 d，以结实率降低率为指标，将水稻的耐热性分为高度敏感、中等敏感、中等耐热和高度耐热4个等级，其结实率降低率标准分别为90%～100%、80%～90%、70%～80%和60%～70%。黎毛毛等[9]在水稻抽穗扬花期对江西省27份籼型早稻材料进行高温胁迫5 d，以结实率降低率为指标，将水稻耐热性分为3个等级，即耐热性强的结实率降低率小于15%，耐热性中等的结实率降低率介于15%～30%，耐热性弱的结实率降低率大于30%。本研究不但利用人工气候室对参试材料进行极端高温胁迫，结合大田自然条件下其主要农艺性状表现对参试水稻种质进行耐热性筛选及评价，结果表明zy11、zy18、zy67这3个品种不但具有较高的耐热性，而且具有优异的农艺性状，是较好的水稻耐热种质资源。
　　3.2  水稻耐热材料的创制及在遗传育种中的应用
　　高温条件下，结实率及千粒重变化是水稻耐热性的重要指标。因此，将这两类耐热性状聚合到1个材料中是耐热性水稻新种质创制的目标之一。本研究筛选出的3个耐热种质zy11、zy18、zy67，不但在高温胁迫下具有较高的结实率和千粒重，而且具有优良的农艺性状，用其与生产上大面积推广应用的品种杂交，将更易培育出优良的耐高温品种，加快育种进程。同时可创造耐热遗传群体用于水稻耐热分子机制的研究。
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