王春虎 穆麒麟 王松 田小海

摘要：通過(guò)人工氣候室模擬當(dāng)?shù)馗邷啬攴萑諟囟茸兓?，采用梯?jí)溫度法對(duì)收集到的14個(gè)水稻（ OryzasativaL）品種進(jìn)行花期高溫處理，測(cè)定不同溫度下的受精率，計(jì)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(jié)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(shí)，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(shí)，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(gè)較耐熱品種，可安全地用于大面積商業(yè)化生產(chǎn)。對(duì)于其他耐熱性稍低的品種（2.0≤IHTI<2.5），在推廣過(guò)程中，需探討品種避熱（如適當(dāng)推遲栽培期）技術(shù)和措施;而對(duì)于綜合耐熱指數(shù)低的品種（IHTI< 2.0），應(yīng)限制其在熱害常發(fā)地區(qū)的推廣。

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

中圖分類號(hào)：S511

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（ 2020）20-0025-04

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

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)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(guò)去1400年來(lái)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(shí)間更長(zhǎng)[2]。張立波等[3]研究表明，近51年來(lái)，長(zhǎng)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(guó)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(zhì)波動(dòng)的一個(gè)重要因素，特別在外觀品質(zhì)和碾米品質(zhì)方面[5]。氣候變暖對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)江流域的水稻種植容易遭到持續(xù)高溫天氣的影響導(dǎo)致產(chǎn)量大幅降低[8-12]。近50年來(lái)，長(zhǎng)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(jì)全流域受害面積就達(dá)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(dǎo)致受災(zāi)面積達(dá)33.3萬(wàn)hm2[13]。杜子璇等[14]研究結(jié)果表明，2000年以后長(zhǎng)江中下游地區(qū)水稻遭受高溫?zé)岷︼L(fēng)險(xiǎn)的變化呈增加的趨勢(shì)。湖北省荊州市地處長(zhǎng)江中游地區(qū)，發(fā)生熱害天氣時(shí)段主要集中在7月下旬至8月中旬，發(fā)生熱害時(shí)段日平均氣溫經(jīng)常達(dá)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(yáng)花期耐高溫的種質(zhì)資源對(duì)水稻產(chǎn)量和質(zhì)量的保障至關(guān)重要。研究者對(duì)水稻抽穗揚(yáng)花期耐高溫種質(zhì)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(shè)置單個(gè)高溫處理且并非模擬正常高溫發(fā)生時(shí)的日天氣溫度變化。本試驗(yàn)通過(guò)人工氣候室模擬當(dāng)?shù)馗邷啬攴萑諟貪穸茸兓?，設(shè)置3個(gè)溫濕度處理篩選耐高溫品種，指導(dǎo)企業(yè)進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)，保障湖北省水稻生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)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(hào)、鄂中5號(hào)、Y兩優(yōu)900、MH63、荃優(yōu)華占和全兩優(yōu)華占14個(gè)水稻品種。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2019年4月至11月在湖北省荊州市長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)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(fēng)干后過(guò)4 mm篩，每桶裝過(guò)篩土12.5 kg，同時(shí)施復(fù)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(nèi)淹水并長(zhǎng)期保持。

采用3個(gè)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(nèi)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(shí)期整齊一致。水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，注意防治病蟲(chóng)害以及其他物理?yè)p傷，如遇高溫天氣需采取相應(yīng)措施對(duì)水稻材料進(jìn)行避高溫處理（如搭遮陽(yáng)網(wǎng)、溝渠里灌涼水、搬入常溫室等），成熟階段在盆栽場(chǎng)四周及頂部搭防鳥(niǎo)網(wǎng)防鳥(niǎo)，其余管理按常規(guī)高產(chǎn)栽培進(jìn)行。

1.3 高溫處理方法

試驗(yàn)在步人式植物生長(zhǎng)室（ PCW400）內(nèi)進(jìn)行，在抽穗開(kāi)花期全程，通過(guò)對(duì)稻穗外觀的評(píng)估，于稻穗抽穗前1-2 d開(kāi)始處理。處理前對(duì)整齊一致的植株（處理和對(duì)照）進(jìn)行掛牌標(biāo)記，作考種稻株。設(shè)置日平均溫度30.0、32.0、34.0、26℃（常溫對(duì)照）4個(gè)處理。植物生長(zhǎng)室具體溫、濕度設(shè)置見(jiàn)表2和表3。

1.4 測(cè)定項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室，人工測(cè)定水稻受精情況。明顯結(jié)實(shí)成功以及用拇指和食指按壓有顆粒感的子粒均計(jì)為受精子粒，反之則計(jì)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(biāo)準(zhǔn)DB42/T 1410-2018所示方法，測(cè)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(shí)耐熱指數(shù)×1+35℃時(shí)耐熱指數(shù)x2+37℃時(shí)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(biāo)，并可以相互之間進(jìn)行比較。品種耐熱綜合指數(shù)所對(duì)應(yīng)的耐性等級(jí)[20]如表4所示，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)判定各水稻品種（材料）的耐熱等級(jí)。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用R語(yǔ)言4.0.0和RStudio1.2.5019軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 受精率

各水稻品種抽穗揚(yáng)花期高溫處理后受精率如表5所示，日平均氣溫為30.0℃時(shí)，除了C兩優(yōu)華占、鄂糯9號(hào)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(hào)、贛優(yōu)735和全兩優(yōu)鄂豐絲苗與對(duì)照的受精率相比均無(wú)顯著差異;日平均氣溫為32.0℃時(shí)，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(duì)照相比均顯著降低;所有品種在日平均氣溫為34.0℃時(shí)，受精率均在20%以下，且所有品種的受精率與對(duì)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(shí)，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(shí)，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(shí)，其耐熱指數(shù)在0.51及以下。此結(jié)果對(duì)比表2的判定標(biāo)準(zhǔn)，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(jié)和討論

研究者已篩選出一些水稻抽穗揚(yáng)花期耐高溫種質(zhì)資源，如趙森等[16]通過(guò)在人工氣候室高溫處理（日均溫33.5℃）與田間分期播種試驗(yàn)相結(jié)合的方法篩選出了IRAT109（IRRI編號(hào)38563）、“260”（IR-RI編號(hào)14888）和LA-34（IRRI編號(hào)13403）等品種;楊梯豐等[17]通過(guò)人工氣候箱以連續(xù)7d日平均溫度33.5℃對(duì)27個(gè)來(lái)自11個(gè)國(guó)家的水稻品種（系）進(jìn)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(guò)在田間搭建人工溫室對(duì)江西省27份秈型早稻材料在抽穗揚(yáng)花期的耐熱性進(jìn)行了鑒定評(píng)價(jià)，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(guó)水稻核心種質(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，采用田間常溫和盆栽高溫的結(jié)合方式，篩選出了廣陸矮15、80B、WD-16343、“44076”“44078”和“44079”等品種或種質(zhì)資源;劉業(yè)濤等[20]通過(guò)人工氣候室，采用梯級(jí)溫度法對(duì)6個(gè)非洲水稻品種進(jìn)行高溫處理，篩選出一個(gè)極耐品種SD-WG005，2個(gè)強(qiáng)耐品種SDWG001與SDBNO01，2個(gè)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(gè)較耐品種。

溫濕度設(shè)置是否合理是水稻耐高溫鑒定試驗(yàn)的關(guān)鍵。田小海等[8]通過(guò)對(duì)2003年典型熱害發(fā)生時(shí)田間氣候條件的研究與解析，得出導(dǎo)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(yáng)花期遭受高溫?zé)岷Φ慕缦逓檫B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(huì)隨夜溫的升高而降低[23]。本試驗(yàn)通過(guò)人工氣候室模擬當(dāng)?shù)馗邷啬攴萑諟貪穸茸兓?，設(shè)置3個(gè)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(duì)高溫的反應(yīng)差異達(dá)4-6℃，采用梯級(jí)溫度法可以適用于大部分耐高溫品種的篩選，同時(shí)可篩選出各品種對(duì)高溫反應(yīng)的拐點(diǎn)溫度[20]。本試驗(yàn)與劉業(yè)濤等[20]的溫濕度設(shè)定相同，但由于要模擬高溫時(shí)的日天氣溫濕度變化，因此對(duì)人工氣候室的要求較高;由于人工氣候室的空間限制導(dǎo)致一次鑒定品種的數(shù)量受限。本研究通過(guò)人工氣候室模擬當(dāng)?shù)馗邷啬攴萑諟囟茸兓?，采用梯?jí)溫度法對(duì)14個(gè)水稻品種進(jìn)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(gè)較耐熱品種，可用于培育抽穗揚(yáng)花期耐高溫的水稻品種。

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作者簡(jiǎn)介：王春虎（1993-），男，陜西渭南人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)樽魑锬婢?，（電話?7792914570（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(shù)研究，（電子信箱）xiaohaic@sina.com。