黑龍江不同積溫帶水稻品種對(duì)不同時(shí)段低溫冷害的適應(yīng)性研究

張巍巍　柴永山　孫玉友　魏才強(qiáng)　李洪亮　解忠　劉丹　程杜鵑

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牡丹江分院，黑龍江牡丹江157041；第一作者：wwzhang-ok@163.com；*通訊作者）

黑龍江不同積溫帶水稻品種對(duì)不同時(shí)段低溫冷害的適應(yīng)性研究

張巍巍柴永山*孫玉友魏才強(qiáng)李洪亮解忠劉丹程杜鵑

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牡丹江分院，黑龍江牡丹江157041；第一作者：wwzhang-ok@163.com；*通訊作者）

以覆蓋黑龍江省三個(gè)積溫帶的123個(gè)水稻品種（品系）為試材，將6月30日-7月29日每10天為1段分3個(gè)時(shí)段對(duì)水稻進(jìn)行低溫處理，以研究冷害發(fā)生規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水稻在6月30日-7月19日受低溫易發(fā)生延遲型冷害，7月10日-7月19日受低溫易發(fā)生障礙型冷害，證實(shí)了低溫對(duì)水稻冷害的時(shí)段效應(yīng)；第一積溫帶水稻在7月10日-7月19日受低溫易發(fā)生延遲型冷害，第一積溫帶水稻在6月30日-7月9日受低溫易發(fā)生障礙型冷害，第二、三積溫帶水稻在6月30日-7月19日受低溫易發(fā)生延遲型冷害，第二、三積溫帶水稻在7月10日-7月19日受低溫易發(fā)生障礙型冷害，體現(xiàn)了水稻應(yīng)對(duì)低溫的生態(tài)區(qū)效應(yīng)。這對(duì)黑龍江省抗寒水稻品種的選育以及抗寒措施的提出具有指導(dǎo)意義。

水稻；低溫；抽穗期；結(jié)實(shí)率；延遲型冷害；障礙型冷害

黑龍江省是我國(guó)重要的稻谷供應(yīng)基地［1-2］。黑龍江地處寒冷地帶，分為6個(gè)積溫區(qū)劃帶，以種植早熟粳型水稻為主。在全球氣溫變暖的趨勢(shì)下，黑龍江省平均氣溫亦逐漸提高，但眾多資料顯示不同年代的平均氣溫異常各有其特點(diǎn)［3］，年際間的積溫波動(dòng)幅度并未減?。?］。在東北地區(qū)，黑龍江省水稻低溫冷害出現(xiàn)小災(zāi)和輕災(zāi)年份較吉林和遼寧多［5］。全球氣溫變暖過(guò)程中，黑龍江省第一和第二積溫帶積溫升幅最大，黑河地區(qū)到大興安嶺積溫等值線(xiàn)已達(dá)2 100℃，證實(shí)黑龍江省北部較寒冷地區(qū)也可以種植水稻［6］，而低溫冷害的影響隨著緯度的升高也不斷增大［7］。水稻延遲型輕度和中度冷害以2年和9年左右周期振蕩，嚴(yán)重冷害以21年左右周期振蕩［8］。黑龍江水稻孕穗期障礙型冷害多發(fā)趨勢(shì)將維持到2016年前后［9］。眾多專(zhuān)家［10-11］從氣候多年變化角度證實(shí)了黑龍江省水稻低溫冷害的問(wèn)題仍然存在，并且全球氣候變暖造成黑龍江省農(nóng)業(yè)熱量資源和水稻生產(chǎn)呈現(xiàn)出許多新的特征，而與之相適應(yīng)的低溫與冷害之間的新規(guī)律并未被發(fā)現(xiàn)。有學(xué)者通過(guò)分子生物學(xué)、植物生理學(xué)、遺傳生物學(xué)分析了水稻冷害的生理基礎(chǔ)、遺傳機(jī)理、鑒定方法及預(yù)防措施等［12-15］，而將黑龍江省同一生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)不同時(shí)段低溫與不同積溫帶品種聯(lián)系起來(lái)研究的較少。本文以此為切入點(diǎn)，首次提出了水稻與低溫之間的時(shí)段效應(yīng)和生態(tài)區(qū)效應(yīng)，試驗(yàn)材料覆蓋黑龍江省3個(gè)積溫帶，具有針對(duì)性和廣泛性，試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果可靠，能為水稻冷害診斷、監(jiān)測(cè)預(yù)警、抗冷品種選育、抗寒栽培技術(shù)的研究等提供重要的理論指導(dǎo)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牡丹江分院水稻育種研究所2009-2010年育成的穩(wěn)定水稻品系117個(gè)，以及黑龍江省第一、二、三積溫帶6個(gè)對(duì)照水稻品種，以抽穗期在7月20日-7月26日、7月27日-8月1日和8月1日-8月6日界定各積溫帶品種，第一、二、三積溫帶品種（品系）個(gè)數(shù)分別為34個(gè)、54個(gè)和33個(gè)，所有品種（品系）結(jié)實(shí)率均在80%以上。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在牡丹江分院水稻育種研究所進(jìn)行，采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為冷水灌溉（12℃恒溫）時(shí)段，副區(qū)為123個(gè)水稻品種（品系）。設(shè)4個(gè)處理：6月30日-7月9日（A1）、7月10日-7月19日（A2）、7月20日-7月29日（A3），保持水溫在18℃左右，以及正常灌溉（A4）。2次重復(fù)，筑水泥池隔開(kāi)各主區(qū)和副區(qū)。4月15日播種，5月25日插秧，每個(gè)品種8叢，插秧規(guī)格25 cm×15 cm，純N、P2O5施用量分別為120 kg/hm2、80 kg/hm2。

1.3調(diào)查項(xiàng)目和方法

抽穗期：以水稻品種（品系）抽出穗50%當(dāng)天定為抽穗期，每2 d調(diào)查1次。結(jié)實(shí)率：成熟期每處理選擇具有代表性的20穗調(diào)查結(jié)實(shí)率。

采用Excel 2003及DPSv 7.05軟件處理數(shù)據(jù)。

表1　不同時(shí)段低溫處理水稻品種抽穗期延遲出現(xiàn)概率（%）

圖1　抽穗期不同延遲天數(shù)出現(xiàn)的概率

2　結(jié)果與分析

2.1水稻延遲型冷害的時(shí)段效應(yīng)

圖1顯示，水稻在6月30日-7月9日和7月10日-7月19日兩階段受低溫后，抽穗期延遲天數(shù)與該延遲天數(shù)對(duì)應(yīng)品種出現(xiàn)概率呈極顯著拋物線(xiàn)關(guān)系，兩階段低溫處理水稻抽穗期延遲天數(shù)多集中在8 d左右；而在7月20日-7月29日低溫處理水稻后，抽穗期延遲天數(shù)與品種出現(xiàn)概率呈極顯著的負(fù)相關(guān)，水稻抽穗期延遲的品種多在2 d左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)，供試品系在6月30日-7月9日、7月10日-7月19日、7月20日-7月29日三階段進(jìn)行低溫處理，抽穗期延遲的品種分別占參試品種總數(shù)的97.6%、92.7%、69.9%，從水稻發(fā)生延遲型冷害的天數(shù)和延遲品種出現(xiàn)概率看，水稻在6月30日-7月19日受低溫易發(fā)生延遲型冷害，7月20日-7月29日受低溫不易發(fā)生延遲型冷害，體現(xiàn)了低溫對(duì)水稻延遲型冷害的時(shí)段效應(yīng)。

2.2水稻延遲型冷害的生態(tài)區(qū)效應(yīng)

從表1可以看出，不同積溫帶水稻品種在同一階段受低溫抽穗期延遲天數(shù)差別較大，第三積溫帶水稻在6月30日-7月9日受低溫抽穗期延遲天數(shù)集中在5～9 d，延遲5 d的品種最多，占該積溫帶品種的17.1%，而第二和第一積溫帶水稻品種在此期低溫抽穗期延遲天數(shù)比較分散，延遲7 d和9 d的品種較多；第三積溫帶水稻品種在7月10日-7月19日受低溫抽穗期延遲天數(shù)較上一時(shí)段低溫延遲天數(shù)有所減少，出現(xiàn)了抽穗期延遲1～3 d的品種，第二積溫帶水稻品種在此期抽穗期延遲天數(shù)更加分散，第一積溫帶水稻品種延遲天數(shù)較上一階段集中，延遲天數(shù)變長(zhǎng)，大部分延遲9～14 d。第二和第三積溫帶水稻品種在7月20日-7月29日低溫處理抽穗期延遲天數(shù)明顯減少，大部分延遲2 d，分別占該積溫帶品種的19.6%和28.6%，而第一積溫帶水稻品種延遲天數(shù)分散，主要集中在4 d和9 d，各占14.3%。從不同積溫帶水稻品種抽穗期延遲天數(shù)和出現(xiàn)概率證實(shí)了水稻延遲型冷害的生態(tài)區(qū)效應(yīng)。

2.3抗延遲型冷害品種的發(fā)現(xiàn)

通過(guò)此次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有2個(gè)品系在三段低溫處理下抽穗期均未延遲，其中有1個(gè)品系在第二和第三階段低溫處理后抽穗期分別提前5 d和7 d，這可能是低溫遲鈍型品系；還有6個(gè)水稻品系在第三階段受低溫處理，抽穗期分別提前4～7 d，其原因有待進(jìn)一步研究。

表2　低溫下水稻不同范圍實(shí)粒率出現(xiàn)概率（%）

表3　不同時(shí)段低溫處理下水稻結(jié)實(shí)率變化情況（%）

2.4水稻障礙型冷害的時(shí)段效應(yīng)

從表2可見(jiàn)，6月30日-7月9日低溫處理水稻實(shí)粒率在70%～90%之間的品種數(shù)占總品種（品系）數(shù)的53.4%，此時(shí)段低溫對(duì)水稻實(shí)粒率影響較大；7月10日-7月19日低溫處理實(shí)粒率大部分集中在50%～60%，占總品種（品系）數(shù)的26.6%，此時(shí)段低溫對(duì)水稻障礙型冷害影響最大；7月20日-7月29日低溫處理實(shí)粒率在80%以上的品種占總品種（品系）的71.7%，對(duì)實(shí)粒率影響最小，體現(xiàn)了低溫對(duì)水稻障礙型冷害的時(shí)段效應(yīng)。

2.5水稻障礙型冷害的生態(tài)區(qū)效應(yīng)

從表3可以看出，第三、第二積溫帶品種在7月10日-7月19日受低溫實(shí)粒率下降最多；第一積溫帶品種在6月30日-7月9日受低溫實(shí)粒率下降較多，實(shí)粒率40%～50%的品種占該積溫帶品種的23.3%，體現(xiàn)了水稻品種應(yīng)對(duì)障礙型冷害的生態(tài)區(qū)效應(yīng)。通過(guò)此次試驗(yàn)共篩選出抗障礙型冷害水稻16個(gè)，這些品種在任何時(shí)段遇低溫實(shí)粒率均在70%以上。

3　小結(jié)與討論

低溫冷害是東北三省主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一，分為延遲型冷害和障礙型冷害，本文將水稻重要生育時(shí)期分為3個(gè)時(shí)段，通過(guò)分析抽穗期的延遲天數(shù)、抽穗期延遲品種出現(xiàn)概率、實(shí)粒率下降情況、實(shí)粒率下降品種出現(xiàn)概率等，闡述不同時(shí)段低溫與水稻延遲型冷害和障礙型冷害之間的關(guān)系，與以往研究角度不同［16］。

研究結(jié)果顯示，水稻在6月30日-7月9日和7月10日-7月19日兩時(shí)段受低溫易發(fā)生延遲型冷害，不同時(shí)段低溫發(fā)生障礙型冷害程度為7月10日-7月19日＞6月30日-7月9日＞7月20日-7月29日，體現(xiàn)了低溫對(duì)水稻延遲型冷害和障礙型冷害的時(shí)段效應(yīng)。但有資料顯示，7月10日-8月10日為水稻障礙型冷害溫度的敏感時(shí)期［17］，本研究結(jié)果與之略有不同。

不同積溫帶品種有較為明顯的低溫敏感期，第一積溫帶品種在7月10日-7月19日遇低溫抽穗期延遲天數(shù)最多，在7月20日-7月29日遇低溫抽穗期延遲天數(shù)有所減少，但仍較其他積溫帶水稻抽穗期延遲天數(shù)多，第二、第三積溫帶品種在6月30日-7月19日遇低溫抽穗期延遲天數(shù)和出現(xiàn)概率較多。從低溫對(duì)實(shí)粒率影響看，第二和第三積溫帶品種差別不大，都在7月10日-7月19日遇低溫實(shí)粒率下降較多，第一積溫帶品種在6月30日-7月9日遇低溫實(shí)粒率下降較其他積溫帶品種偏多，體現(xiàn)了水稻障礙型冷害的生態(tài)區(qū)效應(yīng)。這與王連敏等［18］研究認(rèn)為的水稻抽穗前14～18 d進(jìn)入低溫敏感期較為相似，不同之處在于本文用大量品系充分印證了水稻應(yīng)對(duì)低溫延遲型冷害的生態(tài)區(qū)效應(yīng)，對(duì)于生產(chǎn)中不同積溫帶品種跨區(qū)引進(jìn)種質(zhì)資源生育期延遲情況估計(jì)更有指導(dǎo)意義。

本試驗(yàn)用實(shí)粒率來(lái)衡量水稻障礙型冷害程度，與以往研究認(rèn)為的水稻在孕穗期遇低溫易導(dǎo)致穎花不育，空殼率增加發(fā)生障礙型冷害不同［19-21］。而有研究證實(shí)，水稻在受低溫后籽粒灌漿充實(shí)度下降［22-23］，故筆者利用空粒和癟粒去除后飽滿(mǎn)成粒的比例實(shí)粒率作為障礙型冷害指標(biāo)，更能體現(xiàn)水稻在高產(chǎn)角度上的抗寒性，更具有實(shí)際意義。本試驗(yàn)中僅利用水稻抗寒性指標(biāo)鑒定和篩選抗寒水稻品系，未結(jié)合穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素以及其他產(chǎn)量指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，在此方面還需進(jìn)一步研究。

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The Adaptability of Chilling Injury in Low Temperature at Different Times of Rice Varieties in Different Accumulated Temperature Zones in Heilongjiang

ZHANG Weiwei,CHAI Yongshan*,SUN Yuyou,WEI Caiqiang,LI Hongliang,XIE Zhong,LIU Dan,CHENG Dujuan
（Mudanjiang Branch,Heilongjiang Academy of Agriculture Sciences,Mudanjiang,Heilongjiang 157041,China；1st author：wwzhang-ok@163.com；*Corresponding author）

The occurrence of chilling injury of rice were analyzed in this study,which based on ten days of three periods divided from June 30 to July 29,using 123 rice varieties from three accumulated temperature zones in Heilongjiang Province as materials.The results showed that rice prone to delay chilling injury during June 30 to July 19,and prone to sterile-type cold injury during July 10 to July 19,which confirm the time effect of low temperature chilling injury of rice.Further analysis showed that rice prone to delayed chilling injury during July 10 to July 19 in the first accumulated temperature zone,while happened during June 30 to July 19 in the second and third accumulated temperature zones.Rice prone to sterile-type cold injury during July 10 to July 19 in the second and third accumulated temperature zones,and it happened during June 30 to July 19 in the first accumulated temperature zone,which embodies the ecological effect of rice response to low temperature.It could provide some reference to breeding cold resistance rice varieties in Heilongjiang Province.

rice；low temperature；heading stage；filled grain rate；delayed chilling injury；sterile-type cold injury

S511

A

1006-8082（2016）05-0038-04

2016－06－18

國(guó)家科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目（2011GB2B200001）