水稻種質(zhì)資源開(kāi)花期耐熱性分析

摘要：以56份中國(guó)水稻（Oryza sativa L.）核心種質(zhì)資源、18份國(guó)外水稻種質(zhì)資源及6份自選恢復(fù)系為材料，在開(kāi)花期進(jìn)行高溫脅迫處理。以相對(duì)結(jié)實(shí)率為指標(biāo)，對(duì)水稻種質(zhì)資源的耐熱性進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，種質(zhì)間的耐熱性存在差異，篩選出新的耐熱型水稻材料6份。

關(guān)鍵詞：水稻（Oryza sativa L.）；種質(zhì)資源；開(kāi)花期；耐熱性

中圖分類號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）01-0017-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.01.005

水稻（Oryza sativa L.）是中國(guó)主要糧食作物，其產(chǎn)量事關(guān)國(guó)家糧食安全。水稻孕穗開(kāi)花期主要處于7-8月，易遭受高溫脅迫。該時(shí)期水稻對(duì)溫度的變化最為敏感，其適宜溫度為25～30 ℃，當(dāng)日平均溫度≥32 ℃，日最高溫度≥35 ℃時(shí)，就會(huì)造成高溫?zé)岷?，?dǎo)致花粉活性下降，空秕粒增多，結(jié)實(shí)率降低[1-3]。大量研究表明，花藥不開(kāi)裂，柱頭上花粉數(shù)量減少，花粉萌發(fā)率下降是高溫導(dǎo)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(kāi)花期遭受高溫脅迫后，花藥開(kāi)裂率、散落在柱頭上的花粉數(shù)以及柱頭上的萌發(fā)花粉數(shù)顯著減少，最終導(dǎo)致穎花育性顯著降低，結(jié)實(shí)率下降。

對(duì)水稻種質(zhì)資源開(kāi)展開(kāi)花期耐熱性鑒定，篩選耐熱型種質(zhì)，培育耐熱型水稻品種是防止水稻因高溫?zé)岷Χ鴾p產(chǎn)的主要有效措施。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)鑒定出一些耐熱性強(qiáng)的品種和品系，如N22、T226、“996”、R1056等[5-8]。當(dāng)前利用耐熱種質(zhì)進(jìn)行水稻耐熱性改良研究進(jìn)展較慢，主要原因一是缺乏合適的耐熱種質(zhì)材料，二是耐熱遺傳機(jī)理不清。中國(guó)水稻核心種質(zhì)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(jìn)行基因發(fā)掘和作物遺傳改良的有效材料。中國(guó)水稻核心種質(zhì)的重測(cè)序已經(jīng)完成[9]，結(jié)合對(duì)水稻核心種質(zhì)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(kāi)花期對(duì)部分中國(guó)水稻核心種質(zhì)資源、收集的國(guó)外水稻種質(zhì)資源及自選的恢復(fù)系進(jìn)行耐熱性鑒定，根據(jù)其結(jié)實(shí)率，對(duì)其耐熱抗性進(jìn)行分類，從而發(fā)現(xiàn)耐熱型水稻資源，為水稻耐熱性改良提供種質(zhì)材料，同時(shí)為進(jìn)行耐熱基因鑒定提供表型數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

所用水稻材料為中國(guó)核心種質(zhì)資源56份、國(guó)外種質(zhì)資源18份、自選恢復(fù)系材料6份，對(duì)照為N22，具體見(jiàn)表1。

1.2 方法

試驗(yàn)材料于2015年5月5日及6月5日分2期播種于湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所南湖試驗(yàn)基地，以保證不同材料的開(kāi)花期基本一致。每份試驗(yàn)材料分2個(gè)處理，處理1栽插于田間作為常溫對(duì)照，處理2進(jìn)行盆栽作高溫處理。盆栽試驗(yàn)采用5 L的塑料桶，于分蘗期選取生長(zhǎng)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(gè)大小一致的分蘗，剪掉多余的分蘗。試驗(yàn)材料于開(kāi)花當(dāng)天逐盆移入人工氣候室進(jìn)行高溫脅迫，開(kāi)花結(jié)束逐盆移出人工氣候室直至成熟。人工氣候室高溫處理時(shí)間段為每日9：00～15：00，設(shè)置溫度為38 ℃；其余時(shí)間段溫度設(shè)置為28 ℃，濕度設(shè)置為75%。

1.3 數(shù)據(jù)測(cè)定及統(tǒng)計(jì)分析

材料成熟后分別收獲高溫處理和田間材料單株進(jìn)行考種，測(cè)定空秕粒數(shù)和實(shí)粒數(shù)，計(jì)算高溫結(jié)實(shí)率、常溫結(jié)實(shí)率和相對(duì)結(jié)實(shí)率（相對(duì)結(jié)實(shí)率=高溫結(jié)實(shí)率/常溫結(jié)實(shí)率×100%）。用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.4 耐熱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

參照胡聲博等[10]的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，自然條件下結(jié)實(shí)率≥70%，且相對(duì)結(jié)實(shí)率≥70%為耐熱；自然條件下結(jié)實(shí)率≥70%，且相對(duì)結(jié)實(shí)率≤30%為高溫敏感；自然條件下結(jié)實(shí)率≥70%，且相對(duì)結(jié)實(shí)率在30%～70%為中間型。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫處理對(duì)水稻結(jié)實(shí)率的影響

由表2可以看出，高溫處理對(duì)參試的80份材料的結(jié)實(shí)率均產(chǎn)生了一定的影響，參試材料空秕粒增多，結(jié)實(shí)率下降。但高溫處理對(duì)結(jié)實(shí)率的影響存在品種間差異，其中開(kāi)花期高溫?zé)岷?duì)豪格稻、本邦谷、紫糯3個(gè)品種的影響最大，其結(jié)實(shí)率均為0。

2.2 水稻材料的耐熱性分析

參試品種多數(shù)為中國(guó)水稻核心種質(zhì)資源或國(guó)外引進(jìn)資源，由于品種的適應(yīng)性等原因，參試的80份材料中，有15份材料在田間生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，常溫結(jié)實(shí)率<70%；其余65份材料的常溫結(jié)實(shí)率≥70%，符合胡聲博等[10]的分類標(biāo)準(zhǔn)。由表2可知，該65份材料中，清可等41份材料相對(duì)結(jié)實(shí)率≤30%，為高溫敏感型；中花8號(hào)等17份材料結(jié)實(shí)率在30%～70%，為中間型；N22（CK）、WD-16343、“44076”等7份材料高溫結(jié)實(shí)率≥70%，為耐熱型。

2.3 耐熱型水稻材料的發(fā)現(xiàn)

參試材料N22為目前公認(rèn)的耐熱型水稻品種，本研究中，其相對(duì)結(jié)實(shí)率為74.9%，屬于耐熱型品種，與前人研究結(jié)果一致。在參試的56份中國(guó)水稻核心種質(zhì)資源中，發(fā)現(xiàn)廣陸矮15及80B兩個(gè)品種的結(jié)實(shí)率受高溫影響較小，其相對(duì)結(jié)實(shí)率分別為84.6%及81.3%；國(guó)外收集的18份材料中，來(lái)自非洲的WD-16343，高溫相對(duì)結(jié)實(shí)率為98.5%；自選恢復(fù)系材料“44076”、“44078”及“44079”的高溫相對(duì)結(jié)實(shí)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(zhì)資源是進(jìn)行水稻品種改良和基因挖掘的基礎(chǔ)材料。通過(guò)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(chǔ)。特別是3份自選恢復(fù)系材料本身就是農(nóng)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(lái)自中國(guó)水稻核心種質(zhì)資源，它們的基因組序列信息已經(jīng)清楚[9]，因此利用它們構(gòu)建遺傳群體可以十分方便地進(jìn)行耐熱基因定位；非洲資源WD-16343的高溫相對(duì)結(jié)實(shí)率為98.5%，在所有參試材料中，其結(jié)實(shí)率受高溫脅迫影響最小，表現(xiàn)出極強(qiáng)的耐熱性，該品種的耐熱性機(jī)理及其在育種上的應(yīng)用價(jià)值有待進(jìn)一步研究。植物的生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性與其長(zhǎng)期所處的環(huán)境相關(guān)，水稻的耐熱性也是如此。從80份材料的耐熱性來(lái)看，耐熱性較強(qiáng)的材料主要是秈稻；粳稻的耐熱性較差，但粳稻中也存在個(gè)別耐熱性較強(qiáng)的材料，這個(gè)規(guī)律可為科技人員收集耐熱型水稻種質(zhì)提供借鑒。合理的耐熱鑒定指標(biāo)是科學(xué)鑒定水稻耐熱性的基礎(chǔ)。目前還沒(méi)有統(tǒng)一的耐熱鑒定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，較多采用的耐熱性鑒定指標(biāo)有高溫結(jié)實(shí)率、相對(duì)高溫結(jié)實(shí)率、高溫脅迫指數(shù)等[10-12]。高溫結(jié)實(shí)率直觀地反映了高溫脅迫下水稻的結(jié)實(shí)情況，但不能反映水稻材料本身結(jié)實(shí)率的差異；高溫相對(duì)結(jié)實(shí)率和高溫脅迫指數(shù)比較科學(xué)，同時(shí)考慮到了高溫結(jié)實(shí)率和常溫結(jié)實(shí)率因素，是目前普遍采用的水稻耐高溫等級(jí)劃分依據(jù)。

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