水稻種質資源開花期耐熱性分析

摘要：以56份中國水稻（Oryza sativa L.）核心種質資源、18份國外水稻種質資源及6份自選恢復系為材料，在開花期進行高溫脅迫處理。以相對結實率為指標，對水稻種質資源的耐熱性進行評價。結果表明，種質間的耐熱性存在差異，篩選出新的耐熱型水稻材料6份。

關鍵詞：水稻（Oryza sativa L.）；種質資源；開花期；耐熱性

中圖分類號：S511 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）01-0017-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.01.005

水稻（Oryza sativa L.）是中國主要糧食作物，其產量事關國家糧食安全。水稻孕穗開花期主要處于7-8月，易遭受高溫脅迫。該時期水稻對溫度的變化最為敏感，其適宜溫度為25～30 ℃，當日平均溫度≥32 ℃，日最高溫度≥35 ℃時，就會造成高溫熱害，導致花粉活性下降，空秕粒增多，結實率降低[1-3]。大量研究表明，花藥不開裂，柱頭上花粉數量減少，花粉萌發率下降是高溫導致穎花不育的主要原因。Rang等[4]觀察到高溫敏感品種Moroberekan在開花期遭受高溫脅迫后，花藥開裂率、散落在柱頭上的花粉數以及柱頭上的萌發花粉數顯著減少，最終導致穎花育性顯著降低，結實率下降。

對水稻種質資源開展開花期耐熱性鑒定，篩選耐熱型種質，培育耐熱型水稻品種是防止水稻因高溫熱害而減產的主要有效措施。國內外已經鑒定出一些耐熱性強的品種和品系，如N22、T226、“996”、R1056等[5-8]。當前利用耐熱種質進行水稻耐熱性改良研究進展較慢，主要原因一是缺乏合適的耐熱種質材料，二是耐熱遺傳機理不清。中國水稻核心種質資源以最小的群體最大程度地保留了水稻的遺傳多樣性，是進行基因發掘和作物遺傳改良的有效材料。中國水稻核心種質的重測序已經完成[9]，結合對水稻核心種質耐熱表型的鑒定，將有可能鑒定出耐熱基因，為水稻耐熱性遺傳改良提供基因資源。

本研究在開花期對部分中國水稻核心種質資源、收集的國外水稻種質資源及自選的恢復系進行耐熱性鑒定，根據其結實率，對其耐熱抗性進行分類，從而發現耐熱型水稻資源，為水稻耐熱性改良提供種質材料，同時為進行耐熱基因鑒定提供表型數據。

1 材料與方法

1.1 材料

所用水稻材料為中國核心種質資源56份、國外種質資源18份、自選恢復系材料6份，對照為N22，具體見表1。

1.2 方法

試驗材料于2015年5月5日及6月5日分2期播種于湖北省農業科學院糧食作物研究所南湖試驗基地，以保證不同材料的開花期基本一致。每份試驗材料分2個處理，處理1栽插于田間作為常溫對照，處理2進行盆栽作高溫處理。盆栽試驗采用5 L的塑料桶，于分蘗期選取生長一致的植株裝入桶中，每份材料種植3桶，每桶種植3株。孕穗期每株留2～3個大小一致的分蘗，剪掉多余的分蘗。試驗材料于開花當天逐盆移入人工氣候室進行高溫脅迫，開花結束逐盆移出人工氣候室直至成熟。人工氣候室高溫處理時間段為每日9：00～15：00，設置溫度為38 ℃；其余時間段溫度設置為28 ℃，濕度設置為75%。

1.3 數據測定及統計分析

材料成熟后分別收獲高溫處理和田間材料單株進行考種，測定空秕粒數和實粒數，計算高溫結實率、常溫結實率和相對結實率（相對結實率=高溫結實率/常溫結實率×100%）。用SPSS軟件對數據進行統計分析。

1.4 耐熱性評價標準

參照胡聲博等[10]的評價標準，自然條件下結實率≥70%，且相對結實率≥70%為耐熱；自然條件下結實率≥70%，且相對結實率≤30%為高溫敏感；自然條件下結實率≥70%，且相對結實率在30%～70%為中間型。

2 結果與分析

2.1 高溫處理對水稻結實率的影響

由表2可以看出，高溫處理對參試的80份材料的結實率均產生了一定的影響，參試材料空秕粒增多，結實率下降。但高溫處理對結實率的影響存在品種間差異，其中開花期高溫熱害對豪格稻、本邦谷、紫糯3個品種的影響最大，其結實率均為0。

2.2 水稻材料的耐熱性分析

參試品種多數為中國水稻核心種質資源或國外引進資源，由于品種的適應性等原因，參試的80份材料中，有15份材料在田間生長周期較長，常溫結實率<70%；其余65份材料的常溫結實率≥70%，符合胡聲博等[10]的分類標準。由表2可知，該65份材料中，清可等41份材料相對結實率≤30%，為高溫敏感型；中花8號等17份材料結實率在30%～70%，為中間型；N22（CK）、WD-16343、“44076”等7份材料高溫結實率≥70%，為耐熱型。

2.3 耐熱型水稻材料的發現

參試材料N22為目前公認的耐熱型水稻品種，本研究中，其相對結實率為74.9%，屬于耐熱型品種，與前人研究結果一致。在參試的56份中國水稻核心種質資源中，發現廣陸矮15及80B兩個品種的結實率受高溫影響較小，其相對結實率分別為84.6%及81.3%；國外收集的18份材料中，來自非洲的WD-16343，高溫相對結實率為98.5%；自選恢復系材料“44076”、“44078”及“44079”的高溫相對結實率分別為90.1%、73.8%和86.7%。初步篩選出6份新的耐熱型材料，這些材料均為秈稻品種。

3 討論

水稻種質資源是進行水稻品種改良和基因挖掘的基礎材料。通過耐熱性鑒定，從80份材料中鑒定出新的耐熱型材料6份，這些材料為水稻耐熱性遺傳改良和耐熱基因挖掘打下了基礎。特別是3份自選恢復系材料本身就是農藝性狀良好的育種材料，可以直接用作育種親本；廣陸矮15及80B來自中國水稻核心種質資源，它們的基因組序列信息已經清楚[9]，因此利用它們構建遺傳群體可以十分方便地進行耐熱基因定位；非洲資源WD-16343的高溫相對結實率為98.5%，在所有參試材料中，其結實率受高溫脅迫影響最小，表現出極強的耐熱性，該品種的耐熱性機理及其在育種上的應用價值有待進一步研究。植物的生態環境適應性與其長期所處的環境相關，水稻的耐熱性也是如此。從80份材料的耐熱性來看，耐熱性較強的材料主要是秈稻；粳稻的耐熱性較差，但粳稻中也存在個別耐熱性較強的材料，這個規律可為科技人員收集耐熱型水稻種質提供借鑒。合理的耐熱鑒定指標是科學鑒定水稻耐熱性的基礎。目前還沒有統一的耐熱鑒定分級標準，較多采用的耐熱性鑒定指標有高溫結實率、相對高溫結實率、高溫脅迫指數等[10-12]。高溫結實率直觀地反映了高溫脅迫下水稻的結實情況，但不能反映水稻材料本身結實率的差異；高溫相對結實率和高溫脅迫指數比較科學，同時考慮到了高溫結實率和常溫結實率因素，是目前普遍采用的水稻耐高溫等級劃分依據。

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