從現(xiàn)有商業(yè)品種中篩選耐高溫水稻品種

王春虎 穆麒麟 王松 田小海

摘要：通過人工氣候室模擬當?shù)馗邷啬攴萑諟囟茸兓捎锰菁墱囟确▽κ占降?4個水稻（ OryzasativaL）品種進行花期高溫處理，測定不同溫度下的受精率，計算各品種的耐熱指數(shù)和耐熱綜合指數(shù)，判定各品種的耐熱性。結果表明，荃優(yōu)華占和全兩優(yōu)華占的耐熱綜合指數(shù)在2.5以上，在日平均氣溫為30.0、32.0℃的處理下耐熱指數(shù)均在0.75以上;日平均氣溫為34.0℃時，其耐熱指數(shù)顯著下降。其他品種的耐熱綜合指數(shù)均低于2.5，且日平均氣溫為32.0℃時，其耐熱指數(shù)在0.51及以下。篩選出了荃優(yōu)華占和全兩優(yōu)華占2個較耐熱品種，可安全地用于大面積商業(yè)化生產(chǎn)。對于其他耐熱性稍低的品種（2.0≤IHTI<2.5），在推廣過程中，需探討品種避熱（如適當推遲栽培期）技術和措施;而對于綜合耐熱指數(shù)低的品種（IHTI< 2.0），應限制其在熱害常發(fā)地區(qū)的推廣。

關鍵詞：耐高溫;水稻（ Oryza sativaL）;受精率;耐熱綜合指數(shù)

中圖分類號：S511

文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（ 2020）20-0025-04

DOl：10。1408 8/j .cnki.issn0439-8114.2020.20.005

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

從1880年到2012年，全球地表平均溫度大約升高了0.85℃.1983-2012年是過去1400年來最熱的30年[1]。在全球氣候變暖的背景下，夏季極端高溫天氣的出現(xiàn)更加頻繁，持續(xù)時間更長[2]。張立波等[3]研究表明，近51年來，長江中下游地區(qū)氣溫持續(xù)增加，增溫速率為每10年0.21℃，且隨氣候變暖，有效積溫顯著增加。水稻（Oryza sativaL.）是發(fā)展中國家最重要的糧食作物，也是世界50%以上人口的主食[4]。氣候變化已經(jīng)成為水稻產(chǎn)量和品質波動的一個重要因素，特別在外觀品質和碾米品質方面[5]。氣候變暖對水稻產(chǎn)量影響很大，平均最低氣溫每升高1℃，水稻產(chǎn)量降低10%[6]。江敏等[7]研究表明，長江中下游平原種植的水稻面臨著高溫出現(xiàn)頻次顯著增加的影響。因此，長江流域的水稻種植容易遭到持續(xù)高溫天氣的影響導致產(chǎn)量大幅降低[8-12]。近50年來，長江流域共發(fā)生6次重大水稻熱害事件，其中2003年保守估計全流域受害面積就達3x10⁷hm2，損失5.18x10⁷t稻谷[8]。2003年，安徽省早、中熟水稻品種因花期熱害導致受災面積達33.3萬hm2[13]。杜子璇等[14]研究結果表明，2000年以后長江中下游地區(qū)水稻遭受高溫熱害風險的變化呈增加的趨勢。湖北省荊州市地處長江中游地區(qū)，發(fā)生熱害天氣時段主要集中在7月下旬至8月中旬，發(fā)生熱害時段日平均氣溫經(jīng)常達到30℃以上，日最高氣溫在35℃以上[12，15]。因此，篩選和培育出在抽穗揚花期耐高溫的種質資源對水稻產(chǎn)量和質量的保障至關重要。研究者對水稻抽穗揚花期耐高溫種質資源的篩選已經(jīng)做了許多工作，并篩選出一些耐高溫品種[16-20]。但這些研究大多設置單個高溫處理且并非模擬正常高溫發(fā)生時的日天氣溫度變化。本試驗通過人工氣候室模擬當?shù)馗邷啬攴萑諟貪穸茸兓?，設置3個溫濕度處理篩選耐高溫品種，指導企業(yè)進行分區(qū)域的品種推廣以及品種選擇，降低企業(yè)和生產(chǎn)者風險，保障湖北省水稻生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料有C兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)華占、隆兩優(yōu)華占、全兩優(yōu)鄂豐絲苗、天優(yōu)華占、美香新占、巨2優(yōu)60、贛優(yōu)735、鄂糯9號、鄂中5號、Y兩優(yōu)900、MH63、荃優(yōu)華占和全兩優(yōu)華占14個水稻品種。

1.2 試驗方法

試驗于2019年4月至11月在湖北省荊州市長江大學農學院試驗基地進行。采用盆栽方法，盆栽用市售塑料桶，其規(guī)格為高30 cm，口徑30 cm。供試土壤選擇0-20 cm的水稻土表層土，經(jīng)自然風干后過4 mm篩，每桶裝過篩土12.5 kg，同時施復合肥（N：P：K為26： 10： 15）8.0g后混勻。之后往桶里灌水以備水稻幼苗移栽，注意保持桶內淹水并長期保持。

采用3個水稻播種期，具體如表1所示。大田播種后15-20 d選整齊一致的健壯植株移栽，每品種移栽6盆，每盆20株。植株在盆內成環(huán)形播種，離盆邊緣1.5 cm左右，盆灌水后土的深度離盆的上端約5 cm，以保證每株環(huán)境基本一致。水稻發(fā)育階段不定期去除分蘗，僅留主莖，以保證每一盆中各水稻植株的發(fā)育時期整齊一致。水稻生長發(fā)育過程中，注意防治病蟲害以及其他物理損傷，如遇高溫天氣需采取相應措施對水稻材料進行避高溫處理（如搭遮陽網(wǎng)、溝渠里灌涼水、搬入常溫室等），成熟階段在盆栽場四周及頂部搭防鳥網(wǎng)防鳥，其余管理按常規(guī)高產(chǎn)栽培進行。

1.3 高溫處理方法

試驗在步人式植物生長室（ PCW400）內進行，在抽穗開花期全程，通過對稻穗外觀的評估，于稻穗抽穗前1-2 d開始處理。處理前對整齊一致的植株（處理和對照）進行掛牌標記，作考種稻株。設置日平均溫度30.0、32.0、34.0、26℃（常溫對照）4個處理。植物生長室具體溫、濕度設置見表2和表3。

1.4 測定項目

受精率：具體措施為待水稻成熟后用剪刀取回掛牌水稻，帶回實驗室，人工測定水稻受精情況。明顯結實成功以及用拇指和食指按壓有顆粒感的子粒均計為受精子粒，反之則計為空粒子粒。受精率=受精子粒數(shù)/（受精子粒數(shù)+空粒子粒數(shù)）×100%。

耐熱指數(shù)：采用湖北省地方標準DB42/T 1410-2018所示方法，測定水稻品種耐熱指數(shù)和綜合耐熱指數(shù)。

耐熱指數(shù)=品種在高溫下的受精率/品種在常溫下的受精率 （1）

耐熱綜合指數(shù)=33℃時耐熱指數(shù)×1+35℃時耐熱指數(shù)x2+37℃時耐熱指數(shù)x4 （2）

品種的耐熱性采用耐熱綜合指數(shù)作為其最終判斷指標，并可以相互之間進行比較。品種耐熱綜合指數(shù)所對應的耐性等級[20]如表4所示，根據(jù)標準判定各水稻品種（材料）的耐熱等級。

1.5 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)采用R語言4.0.0和RStudio1.2.5019軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 受精率

各水稻品種抽穗揚花期高溫處理后受精率如表5所示，日平均氣溫為30.0℃時，除了C兩優(yōu)華占、鄂糯9號和Y兩優(yōu)900外，其他品種的受精率均在60%以上，且晶兩優(yōu)華占、鄂中5號、贛優(yōu)735和全兩優(yōu)鄂豐絲苗與對照的受精率相比均無顯著差異;日平均氣溫為32.0℃時，全兩優(yōu)華占和荃優(yōu)華占的受精率分別為71.4%、70.0%，美香新占和巨2優(yōu)60的受精率分別為46.4%和42.6%，晶兩優(yōu)華占、隆兩優(yōu)華占、天優(yōu)華占和全兩優(yōu)鄂豐絲苗的受精率在30.0%_40.0%，其他品種均低于30%，且所有品種的受精率與對照相比均顯著降低;所有品種在日平均氣溫為34.0℃時，受精率均在20%以下，且所有品種的受精率與對照相比均顯著降低。

2.2耐熱指數(shù)

如表6所示，荃優(yōu)華占的耐熱綜合指數(shù)為3.25，在日平均氣溫為30.0、32.0℃的處理下耐熱指數(shù)均在0.8以上，日平均氣溫為34.0℃時，其耐熱指數(shù)明顯下降。全兩優(yōu)華占的耐熱綜合指數(shù)為2.81，在日平均氣溫為30.0、32.0℃的處理下耐熱指數(shù)均在0.75以上，日平均氣溫為34.0℃時，其耐熱指數(shù)明顯下降。其他品種的耐熱綜合指數(shù)均低于2.5，且日平均氣溫為32.0℃時，其耐熱指數(shù)在0.51及以下。此結果對比表2的判定標準，得到荃優(yōu)華占和全兩優(yōu)華占為較耐熱品種，巨2優(yōu)60、美香新占和晶兩優(yōu)華占為中間型耐熱品種，其余品種均為不耐熱品種。

3 小結和討論

研究者已篩選出一些水稻抽穗揚花期耐高溫種質資源，如趙森等[16]通過在人工氣候室高溫處理（日均溫33.5℃）與田間分期播種試驗相結合的方法篩選出了IRAT109（IRRI編號38563）、“260”（IR-RI編號14888）和LA-34（IRRI編號13403）等品種;楊梯豐等[17]通過人工氣候箱以連續(xù)7d日平均溫度33.5℃對27個來自11個國家的水稻品種（系）進行了高溫處理和耐熱性鑒定，篩選出贛香糯和N22等耐熱品種;黎毛毛等[18]通過在田間搭建人工溫室對江西省27份秈型早稻材料在抽穗揚花期的耐熱性進行了鑒定評價，篩選出了香優(yōu)早、早香玉、蓮香早等品種;查中萍等[19]以56份中國水稻核心種質資源、18份國外水稻種質資源及6份自選恢復系為材料，采用田間常溫和盆栽高溫的結合方式，篩選出了廣陸矮15、80B、WD-16343、“44076”“44078”和“44079”等品種或種質資源;劉業(yè)濤等[20]通過人工氣候室，采用梯級溫度法對6個非洲水稻品種進行高溫處理，篩選出一個極耐品種SD-WG005，2個強耐品種SDWG001與SDBNO01，2個較耐品種SDSL013與SDNR005。本研究篩選出了荃優(yōu)華占和全兩優(yōu)華占2個較耐品種。

溫濕度設置是否合理是水稻耐高溫鑒定試驗的關鍵。田小海等[8]通過對2003年典型熱害發(fā)生時田間氣候條件的研究與解析，得出導致水稻熱害發(fā)生的氣候條件，包括連續(xù)3-5 d≥30℃的日平均氣溫或≥35℃的日最高氣溫、濕度從80%降到60%左右、同期晚間溫度接近29℃。水稻抽穗揚花期遭受高溫熱害的界限為連續(xù)3 d≥30℃的日平均氣溫或≥35℃的日最高氣溫[21，22]。水稻受精率也會隨夜溫的升高而降低[23]。本試驗通過人工氣候室模擬當?shù)馗邷啬攴萑諟貪穸茸兓O置3個溫濕度處理，可篩選出各品種明確的耐高溫性。

大部分水稻品種對高溫的反應差異達4-6℃，采用梯級溫度法可以適用于大部分耐高溫品種的篩選，同時可篩選出各品種對高溫反應的拐點溫度[20]。本試驗與劉業(yè)濤等[20]的溫濕度設定相同，但由于要模擬高溫時的日天氣溫濕度變化，因此對人工氣候室的要求較高;由于人工氣候室的空間限制導致一次鑒定品種的數(shù)量受限。本研究通過人工氣候室模擬當?shù)馗邷啬攴萑諟囟茸兓捎锰菁墱囟确▽?4個水稻品種進行了耐熱性鑒定，篩選出了荃優(yōu)華占和全兩優(yōu)華占2個較耐熱品種，可用于培育抽穗揚花期耐高溫的水稻品種。

參考文獻：

[1] ALEXANDER L. ALLEN S，BINDOFF N L.et al Climale change2013： The physical science basis， in contrihution ofWorking GroupI（ WCI） to the Fifth assessment report（ AR5） of the Intergovernmen-tal Panel on ClimaLe Change （IPCC）[M]. Cambridge： CambridgeUniversicy Press. 2014.

[2]陶龍興，談惠娟，王熹，等.超級雜交稻國稻6號對開花結實期高溫熱害的反應[J].中國水稻科學，2007（5）：518-524.

[3]張立波，婁偉平.氣候變暖對長江中下游地區(qū)熱量資源分布的影響分析[J]自然資源學報，2013，28（8）：1361-1372.

[4] SECK P A，DIAGNE A，MOHANTY S，et al.Crops that feerl theworld 7： Rice[Jl. Food securily， 2012，4（1）：7-24.

[5] MORITA S， WADAH， MATSUEY. Countermeasures for heat dam-age in rice grain quality under climate change[J].Plant productionscience， 2016. 19（1）： 1-11.

[6] PENC S B，HUANG J L，SHEEHY J E，et al.Rice yields declinewith higher nighe temperaLure from global warming[J].Proceedingsof the nalional academy of sciences of the united states of America，2004. 101（27）： 9971-9975.

[7]江敏，金之慶，石春林，等.長江中下游地區(qū)水稻孕穗開花期高溫發(fā)生規(guī)律及其對產(chǎn)量的影響[J]生態(tài)學雜志，2010，29（4）：649-656.

[8]田小海，羅海偉，周恒多，等.中國水稻熱害研究歷史、進展與展望[J].中國農學通報，2009，25（22）：166-168.

[9]趙海燕，姚鳳梅，張勇，等.長江中下游水稻開花灌漿期氣象要素與結實率和粒重的相關性分析[J].中國農業(yè)科學，2006，39（9）：1765-1771.

[10]馮靈芝，熊偉，居輝，等.RCP情景下長江中下游地區(qū)水稻生育期內高溫事件的變化特征[J].中國農業(yè)氣象，2015，36（4）：383-392

[11]姚鳳梅，張佳華.1981-2000年水稻生長季相對極端高溫事件及其氣候風險的變化[J]自然災害學報，2009，18（4）：37-42.

[12]劉科，田間與區(qū)域條件下水稻熱害發(fā)生及其微氣象特征研究[D].湖北荊州：長江大學，2018.

[13]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(yè)科學，2004，32（1）：3-4.

[14]杜子璇，劉靜，劉偉昌.基于信息擴散理論的長江中下游地區(qū)高溫熱害風險分析[J]氣象與環(huán)境科學，2012，35（2）： 8-14.

[15]劉業(yè)濤，劉科，王毅，等高溫條件下水稻耐感品種冠層微氣象特征差異[J].中國稻米，2019，25（3）：75-79.

[16]趙森，于江輝，周浩，等抽穗開花期耐高溫的爪哇稻資源篩選[J].植物遺傳資源學報，2013，14（3）：384-389

[17]楊梯豐，張少紅，王曉飛，等，水稻抽穗開花期耐熱種質資源的篩選鑒定[J].華南農業(yè)大學學報，2012，33（4）：585-588.

[18]黎毛毛，余麗琴，熊玉珍，等.抽穗揚花期耐熱水稻種質資源的篩選鑒定[J].江西農業(yè)學報，2016，28（6）：1-5.

[19]查中萍，殷得所，萬丙良，等.水稻種質資源開花期耐熱性分析[J].湖北農業(yè)科學，2016. 55（1）：17-19.23.

[20]劉業(yè)濤，穆麒麟，王毅，等.從非洲水稻材料中篩選耐高溫種質資源[J].中國農學通報，2019. 35（12）：8-12.

[21] SAILAJA K. RAJAREDDY K. REDDY V R. et al. Interactive ef-fects of carhon dioxide， temperature， and ultraviolet-B radiationon soybean（ Glycine max L.） flower and pollen morphology， pol-len production. germination， and tube lengihs[Jl.Journal of ex- perimental botany， 2005， 56（ 412）： 725-736.

[22] MATSUI T，OMASA K.Rice COryza sativa L.） cultivars tolerantto high Lemperature at flowering： Anther characteristics [Jl. An-nals of botanV. 2002. 89（6）：683-687.

[23]張鑫.夜間增溫對水稻生長發(fā)育的影響[D].北京：中國農業(yè)科學院，2016

作者簡介：王春虎（1993-），男，陜西渭南人，在讀碩士研究生，研究方向為作物逆境，（電話）17792914570（電子信箱）1623801078@qq.com;通信作者，田小海，男，教授，博士，主要從事作物高產(chǎn)原理、作物逆境及耐逆技術研究，（電子信箱）xiaohaic@sina.com。