雜交水稻耐高溫的觀測研究

余豪

摘 要：為了探究抽穗期高溫對雜交水稻結實率等農藝性狀的影響，2017年以雜交水稻F2株系為材料，通過大田分期播種與人工氣候室控溫，以使抽穗期遇高溫傷害，研究了雜交水稻抽穗期的耐高溫特性。結果表明，極高溫嚴重降低了雜交水稻的結實率，對其株高、劍葉等均有一定的不利影響。

關鍵詞：雜交水稻;耐高溫;結實率

Abstract：In order to investigate the effect of high temperature during the spikelets on the agronomic characteristics of hybrid rice，in 2017，the F2 strain of hybrid rice was used as a material，and the temperature was controlled by the field sowing and the intelligent artificial climate room in order to make the spikelets encounter high temperature damage. The high temperature resistance of hybrid rice was studied during the sprouting stage. The results showed that the high temperature seriously reduced the seed yield of hybrid rice，which had some effect on the plant height and sword leaf.

Key words：hybrid rice;High temperature resistance;Seed setting ratio

全球氣候變曖已成為一個不爭的事實，它將對整個陸地生態系統的碳循環產生重大影響[1]。水稻是我國南方的主要糧食作物之一，在全球氣候變暖的大環境下，極端天氣頻繁發生，高溫已經成為制約水稻產量和品質的主要因素。特別是抽穗開花期的極端高溫造成水稻結實率顯著下降而大幅度減產。水稻在整個生長發育期間，都需要一定的溫度。較高的溫度可以加快水稻生長和發育，從而使整個生育期變短。溫度適當的上升可以促進并加快水稻的生長發育。不同的生長環境下，水稻生長時期的平均溫度上升1℃，其生育期縮短 7～8 天。同時水稻每個生長生育時期對溫度的需求是不同的，但是都有最適的溫度和臨界溫度，如果超過臨界溫度，水稻的生長發育就會受到很大的影響。幼穗分化期遇高溫會導致花粉發育異常，以致不能結實，引起結實率的普遍下降，部分小花還可能會出現發育畸形的現象[2]。王偉平[3]通過對水稻恢復系蜀恢 527 的研究，認為幼穗分化遇到高溫，花藥中的正常花粉數減少，花粉活力減弱，自交結實率降低，并且高溫時間越長，危害越重。2003 年夏季，我國南方稻作區出現了罕見的高溫天氣，部分地區水稻受到嚴重的高溫熱害影響，持續的高溫對正處在幼穗分化和抽穗開花期的水稻造成了嚴重的危害，給我國水稻產量造成了極大損失[4]。因此，研究雜交水稻的耐高溫情況對雜交水稻的生產及推廣具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 水稻材料

試驗在重慶師范大學人工氣候室及重慶市璧山區實驗基地大田進行。選取周南稻、贛早秈58號雜交F2株系，分5批次播種，于抽穗期進行室內高溫處理，連續處理5天后回歸正常溫度條件。待水稻成熟后收獲，對實驗組與對照組的結實率、穗長和株高等農藝性狀進行測量。

1.2 試驗方法

水稻耐高溫的鑒定方法一般根據脅迫來源的不同，耐高溫的鑒定方法可以分為三類：（1）田間鑒定法：操作相對簡便，可以同時大批量處理材料，實驗數據與實際生產非常接近，但是容易受其它環境因子的干擾，高溫強度和高溫時間無法預測和控制，重復性差，主要有田間分蘗掛牌法。（2）溫室（或生長箱）鑒定法：實驗數據精確，重復性較好，溫度容易控制，但是受到空間的限制，處理材料有限，而且水稻盆栽苗的根系生長受阻、空氣濕度相對高，同時設備昂貴且運行費用高，這是最常用的鑒定方法。（3）增溫設施鑒定法：成本較低，批量處理，可是溫濕度缺乏有效控制，通透性差。在試驗過程中，要根據試驗實際需求來確定所需要的鑒定方法。

本試驗綜合上述三類方法制定以下試驗過程，田間的雜交水稻正常種植，抽穗期不進行高溫處理。智能人工氣候室栽培的水稻于抽穗期進行高溫處理，處理如下：

智能人工氣候室的水稻于盆（d=25cm）中種植，每盆種植三株水稻，分別掛牌編號做相應記錄。培栽至水稻剛抽穗時進行高溫處理。高溫處理五天，每天10：00移進人工氣候室，14：00移出，分別于10：00、12：00、14：00記錄高人工氣候室內溫度。待水稻成熟后，分別測量田間和人工氣候室水稻的癟粒數、實粒數、穗長和株高，并計算結實率。測量時每株選取三株長勢良好的稻穗進行觀察測量。

2 結果與分析

2.1 群體條件下高溫對結實率影響

從表2-1可見，溫室內5個批次雜交水稻抽穗期的溫度狀況明顯不同，其中第三批和第四批抽穗期溫度都在35℃以上，這兩批雜交水稻的結實率明顯比第一批、第二批和第五批低。第三批水稻抽穗期的日最低溫均值、日最高溫均值、日平均溫均值和第四批的差異不大，其平均結實率差異也不顯著。第五批水稻抽穗期溫度相比于第三批第四批的高溫有所降低，其結實率有0.3到0.4個百分點的增加。第一批和第二批水稻抽穗期的日最低溫均值、日最高溫均值、日平均溫均值差異不大，其平均結實率應該差異也不大，但結果顯示，其平均結實率差異比較大。查數據發現，第一批水稻中編號為C76、C32的數據出現異常，其結實率為0，具體原因未知。

溫室內水稻的株高與結實率相關不顯著（如表2-2-1）。但觀察發現，田間自然條件下生長的水稻株高比較整齊，而經高溫室處理后生長的水稻株高參差不齊，最低株高42.3cm，最高株高121.4cm，可見高溫對水稻的株高有一定的影響。溫室內水稻的穗長與結實率在0.05級別相關性顯著（如表2-2-1），田間水稻的穗長與結實率相關性不顯著（如表2-2-2），可見高溫條件下，水稻的穗長對結實率也有一定的影響，而自然條件下水稻的穗長對結實率無影響。觀察還發現高溫室雜交水稻的有效

穗比田間自然生長的雜交水稻有效穗少，分蘗數也不如田間水稻的多，劍葉也沒有田間水稻的長。

3 ?討論

水稻在不同的生長發育階段都能受到高溫危害，其中在水稻開花期最為敏感，將造成結實率的顯著下降，所以可以把結實率作為雜交水稻耐高溫的鑒定指標。一般水稻開花最適合的溫度為25～30℃，而很多研究都表明35℃為水稻高溫熱害的最低溫度，當溫度大于35℃的臨界溫度時，水稻的開花授粉受精都會受到很大程度的影響。查資料了解到，抽穗至成熟階段高溫會加快灌漿速率，縮短灌漿的持續期，加速植株老化，使子粒的充實度受到影響，導致米粒背部、基部或橫斷面中部的細胞生長和淀粉的積累減少，子粒光合產物不足，子粒充實度不夠，細胞間隙加大，空粒數增多，從而造成減產，結實率降低。水稻單位面積產量一般是由單位面積有效穗數、每穗粒數、結實率以及千粒重4個因素所構成。4個因素相互協調，共同達到一定的水平，才能獲得高產，在這4個因素當中結實率對高溫最敏感，每穗粒數次之，千粒重第三，有效穗數最小。張效忠[5]研究認為，高溫條件下，幼穗分化時間縮短，從而使第一枝梗數、莖葉干重以及幼穗穎花數減小。西南農業大學農學系[6]水稻栽培課題組研究認為，高溫導致花藥開裂困難，柱頭上花粉量及萌發花粉量減少，花粉管停止伸長，畸形花粉粒增多，影響正常授粉受精過程，導致結實率降低。鄭建初[7]等在抽穗期對6個品種進行高溫處理，發現抽穗期高溫會顯著降低水稻結實率。這與本次試驗結果一致，本次試驗，田間自然生長的雜交水稻的平均結實率為78%，而高溫人工氣候室中，第一批平均結實率為19.4%，第二批平均結實率為20.6%，第三批平均結實率為18.3%，第四批平均結實率為18.6%，第五批平均結實率為19.0%。可見，雜交水稻抽穗期高溫會顯著降低其結實率。因此，在生產實踐當中，應側重于通過種植制度調整和栽培技術創新，使水稻高溫敏感期避開極端高溫，全面提高植株的耐熱能力。但水稻耐熱性的生理機制較為復雜，在不同生育時期、不同的環境條件下，水稻對高溫的敏感性均有差異;沒有較系統的耐熱性鑒定和評價方法;耐熱性的遺傳機制比較復雜，耐熱性的遺傳基礎研究還處于QTL的初步定位分析階段。因此水稻的耐熱性研究工作仍相對滯后。

為了進一步更好的開展水稻耐高溫性研究，今后應從以下幾個方面開展水稻耐高溫性研究：一是篩選優良的水稻耐高溫性種質資源，培育優良的耐高溫性品種;二是加強水稻耐高溫性遺傳研究，探明水稻耐高溫遺傳機理;三是加強水稻高溫脅迫下生理生化機制研究;四是建立系統而全面的水稻耐高溫性鑒定和評價體系;五是開展水稻發芽期和苗期的耐高溫研究;六是利用耐熱性QTL標記進行分子標記輔助選擇的耐熱性遺傳改良。

4 ?結論

通過對高溫室的和田間自然生長的雜交水稻的觀測研究發現，極高溫嚴重降低了雜交水稻的結實率，對其株高等均有一定的影響。為了提高產量，應避免高熱害以及研究出耐熱性更強的雜交水稻新品種。

參考文獻：

[1] ?Sun W，Huang Y. Global warming over the period 1961–2008 did not increase high-temperature stress but did reduce lowtemperature stress in irrigated rice across China. Agric For Meteorol，2011，151：1193–1201（in Chinese with English abstract）

[2] ?王才林，仲維功.高溫對水稻結實率的影響及其防御對策[ J] .江蘇農業科學，2004（1）：15- 18.

[3] ?王偉平，楊 塞，肖層林.幼穗分化后期異常溫度對蜀恢 527 育性的影響及其生理機制[ J] .雜交水稻，2005，20（6）：57- 60.

[4] ?楊惠成，黃仲青，蔣之塤，等.2003 年安徽早中稻花期熱害及防御技術[ J] .安徽農業科學，2004.32（1）：3- 4.

[5] ?張效忠，蘇澤勝.溫度對水稻幼穗大小影響的研究[ J] .安徽農業科學，1998（3）：207- 208.

[6] ?農學系水稻栽培課題組.高溫對雜交水稻開花結實的影響[ J] .西南農學院學報，1984（1）：25- 30.

[7] ?鄭建初，張彬，陳留根，等.抽穗期高溫對水稻產量構成要素和稻米品質的影響及其基因型差異[J] .江蘇農業學報，2005，21（4）：249- 254.