于江輝 ，趙 森 ，周 浩 ，孟秋成 ，蔣建雄 ，肖國櫻

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學生物科學技術(shù)學院，湖南 長沙 410128；2.中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，湖南 長沙 410125）

近年來，由于受到溫室氣體影響，全球氣溫普遍升高[1]。水稻雖屬喜溫作物，但極度高溫對其開花受精影響很大，此時遭受高溫脅迫可造成花粉不育，易形成空秕粒，導致結(jié)實率和千粒重降低而使產(chǎn)量嚴重下降[2]。研究認為，35℃是抽穗開花期間影響結(jié)實率的臨界溫度[3]。前人以結(jié)實率、熱害指數(shù)等為篩選指標，得到了耐高溫材料早粳1號、黃花占、T 266等，以及高溫敏感材料K 1722、雙桂1號、T 219等[4-8]，但關于東北粳稻耐高溫脅迫的研究相對較少。

我國長江中下游地區(qū)早稻在3～4月份秧苗期可能受到異常低溫冷害，在6月份抽穗開花期又可能受到異常高溫熱害，嚴重影響水稻產(chǎn)量。東北粳稻苗期耐低溫能力較強，如果能從中篩選到抽穗開花期耐高溫的品種，并引種到長江中下游地區(qū)作早稻種植，就能同時減輕早稻苗期受低溫脅迫和抽穗開花期受高溫脅迫的危害。試驗以34份東北粳稻和2份對照早秈稻為材料，研究高溫脅迫對其花粉育性和結(jié)實率的影響，以期為東北粳稻在長江中下游作早稻種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

東北粳稻 34 份：08M8、G19、USSR5、北 04-20、長白9號、長白10號、長粒香、長選10、東稻1號、東稻2號、東稻3號、東農(nóng)03-33、東農(nóng)03-44、東農(nóng)415-1、東農(nóng) 415-2、東農(nóng) 416、東農(nóng) 9213、東農(nóng) 428、敦內(nèi)稻、富士光、合江195、吉粳1、吉粳2、吉粳3、吉粳88、吉粳803、平粳8號、龍粳 21號、龍粳 5號、千重浪2號、沈禾57號、綏粳4號、遼星1號、沈農(nóng)9816。對照早秈稻2份：熱敏感品種4628、耐熱品種996[9]。

1.2 方法

土壤裝盆后每盆加油菜餅枯40 g拌勻、腐熟30 d左右。34份東北粳稻和2份對照材料浸種1 d后38℃恒溫箱中催芽2 d，種子破胸后于2011年4月9日播種到試驗田，25 d后選取生長基本一致的幼苗移栽至盆中，每盆5株，每品種6盆。常規(guī)肥水管理和病蟲害防治。始穗期每品種取4盆在PGW-40型人工氣候箱進行連續(xù)5 d高溫處理（表1），處理完后放回自然條件下生長，一直在自然條件下生長的另2盆作為對照。采用ZDR-20型溫濕度連續(xù)記錄儀記錄實際溫度和相對濕度。

表1 高溫處理方案

各品種常溫和高溫處理材料分別取3穗，每穗取穎花6朵（上、中、下分別取2朵），分別用0.1%I2-KI染色測定法[10]在200倍顯微鏡下進行花粉育性檢測，每穗觀察3個視野，每個視野約100?；ǚ?。其中不染色、染色淺、部分染色、皺縮和空秕的畸形花粉為不育花粉，染色深、飽滿圓形花粉為可育花粉?？捎龋?）=可育花粉/（可育花粉+不育花粉）×100。蠟熟期分別收取自然生長和高溫處理的穗子，考查每穗的實粒數(shù)、總粒數(shù)、千粒重、單株穗數(shù)。結(jié)實率（%）=實粒數(shù)/總粒數(shù)×100，熱害指數(shù)=（自然結(jié)實率×高溫結(jié)實率）/自然結(jié)實率[11]，單株產(chǎn)量（g）=每穗實粒數(shù)×單株穗數(shù)×千粒重/1 000。

采用Excel 2007、DPS 8.01對實驗數(shù)據(jù)進行整理和分析。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)溫度監(jiān)測記錄，在自然條件下生長的東稻3號、吉粳1、吉粳88、吉粳803、沈農(nóng)9816在抽穗開花期均受到日最高35℃以上、日均溫30℃以上的高溫脅迫，造成對照數(shù)據(jù)不準，將其剔除，只對剩余31個品種的數(shù)據(jù)進行分析。

2.1 高溫處理對花粉育性的影響

從圖1可知，高溫脅迫使各品種的花粉育性均下降，但下降幅度品種間有差異。東農(nóng)03-33、東農(nóng)03-44、長白9號、龍粳21號、東稻2號、綏粳4號、長白10號、平粳8號的花粉育性下降幅度較大（＞70個百分點），說明這些品種花粉對高溫較敏感。G19、北04-20、東稻1號、龍粳5號的花粉育性下降值較?。ǎ?0個百分點），說明這些品種花粉耐高溫能力較好。其中只有北04-20下降幅度（2個百分點）小于耐熱品種996（7個百分點），熱敏感品種4628的花粉育性也只下降了14個百分點。高溫處理后，G19、USSR5、北 04-20、東稻 1 號、富士光、996、4628的花粉育性仍在50%左右，長粒香、東稻2號、東農(nóng)416、平粳8號、龍粳21號、綏粳4號的花粉育性不到10%。

圖1 高溫脅迫對東北粳稻花粉育性的影響

2.2 高溫處理對結(jié)實率的影響

由表2可知，東北粳稻在高溫脅迫5 d后結(jié)實率顯著降低。USSR 5、長白9號、長粒香、東稻2號、東農(nóng) 03-33、東農(nóng) 415-2、東農(nóng) 9213、合江 195、吉粳3、千重浪2號、沈禾57號的結(jié)實率下降幅度較小（＜30個百分點，996下降了33.6個百分點），08M8、G19、敦內(nèi)稻、東稻1號、吉粳2、平粳8號的結(jié)實率下降幅度較大（＞50個百分點，4628下降了38.3個百分點）。另外，高溫處理后，USSR 5、長選10、東稻2 號、東農(nóng) 03-33、東農(nóng) 415-1、合江 195、吉粳 3、龍粳21、長白10號、千重浪2號的結(jié)實率仍在50%以上，耐熱品種996達54.1%。08M8、東稻1號、吉粳2、平粳8號、東農(nóng)428的結(jié)實率在40%以下，熱敏感品種4628為38.6%。

表2 高溫脅迫對東北粳稻結(jié)實率和單株產(chǎn)量的影響

以對照作為參考，從31份供試材料中篩選到6個耐高溫品種，高溫脅迫后絕對結(jié)實率大小為東農(nóng) 03-33＞USSR5＞吉粳 3＞東稻 2號＞東農(nóng) 415-1＞合江 195＞996（耐高溫對照品種）；篩選出5個高溫敏感品種，高溫脅迫后絕對結(jié)實率大小為平粳8號＜吉粳 2＜08M8＜東稻 1號＜東農(nóng) 428＜4628（高溫敏感對照品種）。

2.3 高溫處理對單株產(chǎn)量的影響

由表2可知，高溫脅迫下所有品種的單株產(chǎn)量均降低。其中平粳8號降低幅度大于熱敏感品種4628，剩下所有品種降低幅度均小于4628，東農(nóng)416和富士光降低幅度最?。ǎ? g）。高溫脅迫后所有品種單株產(chǎn)量都大于熱敏感品種4628，其中USSR5、長白9號、長粒香、東稻1號、東農(nóng)03-33、東農(nóng)03-44、東農(nóng)415-1、東農(nóng)9213、敦內(nèi)稻、合江195、吉粳2、千重浪2號、綏粳4號、遼星1號的單株產(chǎn)量均大于耐熱品種996。

2.4 結(jié)實率、單株產(chǎn)量的聚類分析

采用最長距離法，閾值分別設置為6.2（%）、9.0（%）、4.1（g）和 3.54（g），對 31 份供試材料的常溫結(jié)實率、高溫結(jié)實率、常溫單株產(chǎn)量和高溫單株產(chǎn)量進行聚類分析，結(jié)果見表3。結(jié)實率由高到低常溫可分為7類，高溫可分為8類，USSR 5、長選10、東農(nóng) 415-1、合江 195、龍粳 21、長白 10 號、996 均屬結(jié)實率較高類別，長粒香、東農(nóng)428、沈禾57號、4628均屬結(jié)實率較低類別。單株產(chǎn)量由高到低常溫可分為8類，高溫可分為13類，高溫脅迫前后，長粒香、東稻1號、東農(nóng) 03-44、敦內(nèi)稻、合江195、千重浪2號均屬相對高產(chǎn)類別，G 19、東稻2號、東農(nóng)415-2、東農(nóng)416、龍粳21、長白10號、東農(nóng) 428、龍粳5、沈禾57、4628均屬相對低產(chǎn)類別。

表3 東北粳稻結(jié)實率及單株產(chǎn)量的聚類分析

2.5 日平均溫度、花粉育性與結(jié)實率間的關系

高溫可引起水稻花粉部分不育，并且導致結(jié)實率及穩(wěn)定性下降[12-14]。試驗對東北粳稻花粉育性（x）和結(jié)實率（y）進行相關性和回歸分析，表明花粉育性與結(jié)實率呈極顯著正相關，這與前人的研究相吻合[15]，回歸方程y=0.332 2 x2+0.122 1 x+0.444 9，相關系數(shù) r=0.692**，決定系數(shù) R2=0.489 7。該方程可以通過高溫脅迫下花粉育性來推斷結(jié)實率，但決定系數(shù)不高，說明除花粉育性外，其它因素對結(jié)實率也有較大影響。在一定的溫度范圍內(nèi)，對日平均氣溫（x）和結(jié)實率（y）進行相關性和回歸分析，結(jié)果表明日平均溫度和結(jié)實率呈極顯著負相關，回歸方程y=0.503-0.624 x+2.182 x2-1.238 x3，相關系數(shù)r=-0.844**，決定系數(shù)R2=0.752，該方程決定系數(shù)相對較高，可用于推斷結(jié)實率受日平均氣溫影響的情況，表明除溫度外其它生態(tài)因子對結(jié)實率也有一些影響，但作用相對較小。

3 討論

熱害指數(shù)已被一些研究者用作評價品種（組合）耐熱性的重要指標。林賢青等[16]以熱害指數(shù)為篩選指標，在7個超級稻中進行耐高溫篩選，認為株兩優(yōu)819具有耐高溫能力。郭晶心等[17]認為秈稻品種黃花占受高溫脅迫后熱害指數(shù)小，具有耐高溫特性，并且認為熱害指數(shù)可作為品種耐熱性篩選的重要指標。羅麗華等[9]、陶龍興等[11]也以熱害指數(shù)為指標，對水稻材料進行耐熱性鑒定。筆者研究發(fā)現(xiàn)，長白9號、長粒香等在高溫脅迫后熱害指數(shù)明顯小于對照996，結(jié)實率下降的絕對值也較小，按照熱害指數(shù)判斷它們應該是耐熱性較好的品種，但它們在常溫和高溫下結(jié)實率均低，沒有實際應用價值，不能作為耐高溫材料在科研和生產(chǎn)上應用。由此可見，熱害指數(shù)具有局限性，用它作為篩選指標會把一些本身結(jié)實率不高，但結(jié)實率在高溫條件下降低不明顯的品種也判定為耐熱品種；而這些常溫條件下結(jié)實率不高、熱害指數(shù)低的品種即無育種利用價值，也無生產(chǎn)應用價值。從研究的相關與回歸分析結(jié)果來看，日平均溫度和結(jié)實率相關極顯著、決定系數(shù)較大；高溫脅迫后絕對結(jié)實率高低直接反映了水稻耐熱性的強弱，絕對結(jié)實率高，耐高溫能力強，絕對結(jié)實率低，耐高溫能力弱。前人也以絕對結(jié)實率為標準，對一系列水稻材料進行耐高溫和高溫敏感性研究[5，6，13]。因此認為，篩選水稻耐高溫材料要以高溫處理后絕對結(jié)實率作為評判標準，而不能使用熱害指數(shù)。

試驗結(jié)果表明，從東北粳稻中能篩選到抽穗揚花期耐高溫的品種，這些東北粳稻品種在長江中下游稻區(qū)作為早稻種植不會因為6月?lián)P花期的異常高溫而造成大幅度減產(chǎn)。在篩選到的耐高溫品種中，單株產(chǎn)量為合江 195＞東農(nóng) 415-1＞東農(nóng) 03-33＞USSR 5＞996。但由于試驗用盆栽方法進行耐高溫品種篩選，供試水稻的生長狀況與大田差異較大，其單株產(chǎn)量大小不能完全代表大田產(chǎn)量水平。并且對照品種996耐熱性好，是高產(chǎn)兩系雜交稻的父本，但它作為常規(guī)稻種植的產(chǎn)量水平還沒有經(jīng)過生產(chǎn)驗證，比它單株產(chǎn)量高不代表比普遍種植的常規(guī)早稻產(chǎn)量高。因此，篩選到的耐高溫東北粳稻品種能否作為早稻在生產(chǎn)上應用還需要進行區(qū)域試驗和大田評價。

致謝：

感謝中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所楊福研究員、湖南農(nóng)業(yè)大學陳立云教授、南京農(nóng)業(yè)大學萬建民教授提供相關水稻品種。

[1]王紹武，葉瑾琳.近百年全球氣候變暖分析[J].大氣科學，1995，19（5）：545-553.

[2]曹云英.高溫對水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響及其生理機制[D].揚州：揚州大學，2009.10-50.

[3]高素華，王培娟.長江中下游高溫熱害及對水稻的影響[M].北京：氣象出版社，2009.7-8，73-105，162-208.

[4]許紅云，許為軍，譚學林.高溫對粳稻品種發(fā)芽及幼苗生長發(fā)育影響的研究[J].西南農(nóng)業(yè)學報，2008，21（3）：593-596.

[5]李金軍，劉明放，陸金根，等.粳稻穗期耐高溫鑒定技術(shù)的研究[J].上海農(nóng)業(yè)學報，2003，19（4）：25-27.

[6]李太貴，沈 波.水稻品種開花期抗熱性鑒定研究[J].作物品種資源，1995，（1）：34-35.

[7]張桂蓮.兩個早稻品種耐熱性生理及分子遺傳基礎的研究[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學，2006.1-19.

[8]周 浩，胡文彬，王作平，等.抽穗揚花期高溫對水稻重組自交系群體RIL47結(jié)實率的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2011，19（1）：69-74.

[9]羅麗華，劉國華，肖應輝，等.高溫脅迫對水稻花粉和小穗育性及稻谷粒重的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版），2005，31（6）：593-596.

[10]張志良，翟偉箐.植物生理學實驗指導[M].北京：高等教育出版社，2003.223-224.

[11]陶龍興，談惠娟，王 熹，等.超級雜交稻國稻6號對開花結(jié)實期高溫熱害的反應[J].中國水稻科學，2007，21（5）：518-524.

[12]石春林，金之慶，鄭建初，等.減數(shù)分裂期高溫對水稻穎花結(jié)實率影響的定量分析[J].作物學報，2008，34（4）：627-631.

[13]童志婷，李守華，段維新，等.中稻花期致害高溫主導的田間氣象特征及其對不同雜交組合水稻結(jié)實的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2008，16（5）：1163-1166.

[14]岳 偉，馬曉群.高溫對安徽省水稻秈優(yōu)63結(jié)實率、千粒重的影響分析[J].中國農(nóng)學通報，2009，25（18）：399-402.

[15]呂川根，王才林，宗壽余，等.溫度對水稻亞種間雜種育性及結(jié)實率的影響[J].作物學報，2002，28（4）：499-504.

[16]林賢青，朱德峰.早季超級稻品種開花期抗高溫特性研究[J].中國稻米，2011，17（2）：9-10.

[17]郭晶心，曾文智，周寶津，等.開花期高溫脅迫對不同水稻品種花粉萌發(fā)和結(jié)實的影響 [J].華南農(nóng)業(yè)大學學報，2010，31（2）：50-53.