耐熱水稻種質資源的篩選與初步評價

李培德 周雷 李珍連 劉凱 徐華山 楊國才 陳志軍 閘雯俊 李三和 游艾青

（糧食作物種質創新與品種改良湖北省重點實驗室/湖北省農業科學院糧食作物研究所，武漢 ?430064）

摘要：在人工氣候室設定極端高溫條件下，對來源于不同國家和地區的18份處于揚花灌漿期的水稻種質進行耐熱性鑒定，并結合大田自然條件下其主要農藝性狀表現，對參試水稻種質進行耐熱性篩選及初步評價。結果表明，水稻種質間的耐熱性存在明顯差異，篩選出農藝性狀優良，極端耐熱種質3份，分別為zy11、zy18和zy67。

關鍵詞：耐熱性;水稻種質;結實率;高溫

中圖分類號：S511 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）24-0020-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.24.005 ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（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

溫室效應不斷加劇，全球氣候逐漸變暖，極端高溫天氣出現愈發頻繁，高溫熱害發生頻率加大。2016年武漢7—8月35 ℃以上高溫共計26 d，2017年武漢7—8月35 ℃以上高溫共計28 d，且多次出現40 ℃以上高溫[1]。高溫熱害對水稻育性、產量、品質等多方面都有較大影響。在高溫條件下，研究者對水稻穎花開花數、花粉成熟度、花藥開裂角度、花粉在柱頭發芽及花粉管的伸長等方面進行了研究[2-5]，認為抽穗期是水稻對高溫熱害最敏感的時期。另外，高溫對稻米品質影響較大。水稻灌漿期遇到高溫，子粒充實度較差，稻米堊白增加，透明度降低，品質變劣[6，7]。研究表明，不同品種水稻對高溫的敏感度明顯不同，其耐熱性存在顯著的基因型差異[8-10]。

湖北省作為中國水稻產區之一，常年中稻種植面積約200萬hm2，抽穗揚花期一般處于7—8月。由于盛夏季節副熱帶高壓等因素的影響，高溫熱害一直是湖北省水稻主要氣象災害之一。為了應對高溫熱害對水稻生產產生的不利影響，培育耐高溫優質水稻品種成為湖北省水稻育種技術創新的關鍵。而培育耐高溫優質水稻品種，其首要條件就是水稻耐熱優異種質的發掘。筆者利用近幾年收集的國內外種質資源為試驗材料，開展了抽穗揚花期至灌漿期水稻耐熱性研究，并通過高溫脅迫下不同水稻種質資源結實率高低及自然條件下主要農藝性狀的綜合評價鑒定，篩選出綜合性狀優且耐高溫的優異種質，以供育種利用。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

湖北省農業科學院糧食作物研究所從中國水稻研究所引進的種質材料共35份。由于供試材料來自世界不同生態區域，生育期不一致，因此選取見穗期相一致的18份（含對照品種WD-16343）材料進行高溫脅迫處理。以耐高溫水稻品種WD-16343為對照。

1.2 ?方法

各試驗材料于2017年5月10日統一播種。參與高溫處理的材料于水稻見穗初期選取生長一致的植株裝入盆缽，移入人工氣候室。每盆栽3株，每份材料設3次重復，常規水肥管理。設定相對濕度為70%，光照12 h/d，恒溫39 ℃（白天）/28 ℃（夜晚）。處理20 d后，將參試品種移至常溫下，直至成熟，以田間自然條件下生長的各參試品種為對照。在種子成熟后，對高溫處理的單株進行考種，調查各參試品種的結實率、千粒重。同時分別取自然條件下生長的各參試品種典型株10株進行考種，調查其株高、單株有效穗數、穗長、結實率、千粒重等農藝性狀。

2 ?結果與分析

2.1 ?自然條件與人工溫室的氣溫比較

2017年將供試水稻材料作中稻種植時，抽穗揚花灌漿期高溫處理日期為8月8—27日。高溫處理期間，溫室內日平均最高氣溫為39.0 ℃，比自然條件下高3.9 ℃;溫室內日平均最低氣溫與自然條件下相差不大，溫室為28.0 ℃，自然條件下為28.3 ℃（表1）。從表1還可以看出，參試材料高溫處理期間，自然條件下氣溫達到或超過35.0 ℃的天數為15 d，其中從8月15日起到8月27日止，氣溫連續達到或超過35.0 ℃。如此頻繁且持續時間較長的高溫天氣，也為耐熱水稻種質的篩選提供了天然的有利條件。

2.2 ?高溫脅迫對水稻品種結實率和千粒重的的影響

表2試驗數據顯示，在自然條件下參試品種的結實率變幅為27.6%～92.9%，在高溫脅迫下結實率變幅為0.5%～29.6%，說明參試品種間的耐熱性存在較大的差異。從表2可以看出，對照品種WD-16343在高溫脅迫下的結實率為24.1%，居所有參試品種第二位;品種zy25在高溫脅迫下的結實率為29.6%，居第一位，高于對照品種WD-16343 5.5個百分點，耐熱性強。zy13、zy67在高溫脅迫下的結實率分別為22.3%、22.2%，與耐熱品種WD-16343相近。因此，zy13、zy25、zy67這3個水稻品種對高溫的反應比較遲鈍，耐熱性強，是較好的水稻耐熱種質。zy11、zy18、zy22、zy65這4個品種在高溫脅迫下的結實率分別為16.4%、15.9%、16.0%、12.2%，耐熱性中等。其余10個品種在高溫脅迫下的結實率均小于10%，耐熱性較弱。尤其是zy03、zy04、zy06這3個品種，在高溫脅迫下，結實率低，耐熱性極差。

在自然條件下參試品種的千粒重變幅為19.2～30.9 g，在高溫脅迫下千粒重變幅為7.6～21.9 g，說明高溫脅迫下，子粒充實度不夠，千粒重下降明顯。高溫脅迫下，對照品種WD-16343的千粒重為17.7 g，居第三位，與對照品種千粒重相當的品種有zy22、zy18、zy65、zy13、zy14、zy25、方欣1號、zy67、zy11，千粒重分別為21.9、20.1、17.3、17.1、16.9、16.8、16.7、15.1、15.0 g，其余8個品種在高溫脅迫下，千粒重明顯低于對照。

2.3 ?自然條件下參試水稻品種主要農藝性狀及在育種利用上的評價

由表3可知，在自然條件下參試的18份水稻材料株高變幅為86.0～182.7 cm，最高的為對照品種WD-16343，最低的品種為zy03。單株有效穗數變幅為6.8～13.0個，最多的品種為zy11，最少的為zy03，另外分蘗力較強的品種還有WD-16343、zy07、zy18、zy20、zy67、方欣1號，其單株有效穗數都在10.0個以上。單株穗長變幅為16.7～29.5 cm，每穗總粒數變幅為111.5～215.8粒，結實率變幅為27.6%～92.9%，千粒重變幅為19.2～30.9 g。從參試材料主要農藝性狀的變幅可以看出，參試品種間存在較大的差異。綜合各參試品種主要農藝性狀來看，zy11、zy18、zy67、方欣1號4個品種具有株高適中、分蘗力強、結實率較高等優點，在水稻育種中有較高的利用價值。結合在高溫脅迫下的結實率和千粒重可以看出，zy11、zy18、zy67這3個品種不但具有較高的耐熱性，而且農藝性狀優良，是較好的水稻耐熱種質資源。

3 ?討論

耐高溫，作為水稻抗非生物逆境之一，對其研究較其他逆境的研究起步較晚，顯得相對落后。隨著全球氣候逐步變暖，高溫熱害對水稻生產造成較大影響，選育耐高熱的水稻品種顯得越來越重要。因而，水稻耐熱優異種質的發掘、評價與利用將在今后水稻育種中占據更加重要的位置。

3.1 ?水稻耐熱指標的探討

高溫對水稻的傷害主要發生在孕穗期、抽穗揚花期和灌漿成熟期。不同研究學者由于研究的時期不同，所采用的評價標準也不同。方先文等[10]在水稻孕穗期對來源于不同國家和地區的58份水稻品種進行高溫脅迫5 d，以結實率降低率為指標，將水稻的耐熱性分為高度敏感、中等敏感、中等耐熱和高度耐熱4個等級，其結實率降低率標準分別為90%～100%、80%～90%、70%～80%和60%～70%。黎毛毛等[9]在水稻抽穗揚花期對江西省27份秈型早稻材料進行高溫脅迫5 d，以結實率降低率為指標，將水稻耐熱性分為3個等級，即耐熱性強的結實率降低率小于15%，耐熱性中等的結實率降低率介于15%～30%，耐熱性弱的結實率降低率大于30%。本研究不但利用人工氣候室對參試材料進行極端高溫脅迫，結合大田自然條件下其主要農藝性狀表現對參試水稻種質進行耐熱性篩選及評價，結果表明zy11、zy18、zy67這3個品種不但具有較高的耐熱性，而且具有優異的農藝性狀，是較好的水稻耐熱種質資源。

3.2 ?水稻耐熱材料的創制及在遺傳育種中的應用

高溫條件下，結實率及千粒重變化是水稻耐熱性的重要指標。因此，將這兩類耐熱性狀聚合到1個材料中是耐熱性水稻新種質創制的目標之一。本研究篩選出的3個耐熱種質zy11、zy18、zy67，不但在高溫脅迫下具有較高的結實率和千粒重，而且具有優良的農藝性狀，用其與生產上大面積推廣應用的品種雜交，將更易培育出優良的耐高溫品種，加快育種進程。同時可創造耐熱遺傳群體用于水稻耐熱分子機制的研究。

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