水稻高代回交導入系優良株系抽穗揚花期耐冷性鑒定

劉廣林　陳傳華　李虎　羅群昌　陳遠孟

摘要：【目的】從水稻高代回交導入系優良株系中篩選在抽穗揚花期耐冷性強或極強的株系，為抽穗揚花期耐冷水稻品種的育成打下基礎。【方法】利用人工氣候室控制的低溫條件，測定146份水稻高代回交導入系優良株系在抽穗揚花期經平均溫度18 ℃低溫連續處理5 d后的結實率，以相對結實率為鑒定指標進行耐冷性評價?！窘Y果】從146份高代回交導入系優良株系中鑒定出在抽穗揚花期耐冷性極強（1級）、強（3級）、中（5級）和弱（7級）的株系材料分別有3、19、89和35份，分別占供試株系材料的2.06%、13.01%、60.96%和23.97%，無耐冷性極弱（9級）的株系材料。供試材料中，以秈稻優異種質為供體的高代回交導入系材料蘊含更多抽穗揚花期耐冷基因，以桂649為背景的株系材料耐冷性強于以測253為背景的株系材料，以中農127、中農128、中農139、中農143、中農145和中農146為供體的高代回交導入系出現耐冷性強或極強株系材料的頻率較高?！窘Y論】篩選出22份具有強恢復系遺傳背景且耐冷性強或極強的優良株系，可作為優良耐冷親本在水稻耐冷育種中應用。

關鍵詞： 水稻；耐冷性；高代回交導入系；鑒定

中圖分類號： S511.03 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2017）01-0009-05

Abstract：【Objective】The strains with strong or very strong cold tolerance at heading and flowering stage was screened out from elite rice strains of advanced backcrossing introgression lines to lay a foundation for breeding rice varieties with cold tolerance at heading and flowering stage. 【Method】Seed-setting rate of 146 elite rice strains of advanced backcrossing introgression lines， which were continuously treated for five days under low temperature of 18℃ at heading and flowering stage， were detected in phytotron. The relative seed-setting rate was the identification index for cold tolerance evaluation. 【Result】Among 146 elite strains of advanced backcrossing introgression lines at heading and flowering stage， there were three strains of very strong cold tolerance（grade 1） which accounted for 2.06% of the total materials， 19 strains of strong cold tolerance（grade 3） which accounted for 13.01% of the total materials， 89 strains of moderate cold tolerance（grade 5） which accounted for 60.96% of the total materials， 35 strains of weak cold tolerance（grade 7） which accounted for 23.97% of the total materials. No strain of very weak cold tolerance（grade 9） was detected. The advanced backcrossing introgression lines with indica germplasm as donor in the test material contained more cold tolerance genes at heading and flowering stage. The plant strains with Gui 649 background were stronger in cold tolerance than the plant strains with Ce 253 background. The frequency appeared in plant strains with strong or very strong cold tolerance was high among the advanced backcrossing introgression lines with donors of Zhongnong 127， Zhongnong 128， Zhongnong 139， Zhongnong 143， Zhongnong 145 and Zhongnong 146. 【Conclusion】Twenty-two strains with strong restorer genetic background and strong or very strong cold tolerance are screened out， which can be used as cold tolerant parents in rice cold tolerance breeding.

Key words： rice； cold tolerance； advanced backcross introgression lines； identification

0 引言

【研究意義】水稻屬冷敏感型作物，我國每年因低溫損失的稻谷達30億～50億kg（金銘路等，2009）。廣西雙季稻區在晚稻生產中常于抽穗揚花期遭受寒露風低溫天氣為害，造成水稻受精、灌漿受阻，導致空秕率增加、產量降低甚至失收（何燕和高永珍，1998）。自2006年以來，寒露風來得早、強度大、次數多，致使廣西水稻生產遭受嚴重損失（王慶國等，2013），對晚稻的安全生產造成嚴重威脅。為了克服低溫對水稻生產的不利影響，除采取栽培措施外，選用耐冷品種是減輕低溫危害最經濟有效的措施（劉廣林等，2013；林洪鑫等，2016）。本課題組于2006年參加了農業部“948”計劃項目“農作物有利隱蔽基因高效挖掘技術平臺的引進、完善與創新”水稻子課題之“水稻回交導入系的構建與種質資源有利基因的高效發掘”，經過多年研究與選擇，獲得了一批綜合農藝性狀優良、蘊藏有利基因且具有廣西生態區優秀恢復系遺傳背景的高代回交導入系材料，對這些材料開展抽穗揚花期耐冷性篩選鑒定，從中發掘在抽穗揚花期具有強耐冷性且有優秀恢復系遺傳背景的優良株系，可為水稻耐冷育種及研究積累材料。【前人研究進展】劉廣林等（2013）利用人工氣候室創造的低溫條件對82份水稻種質材料進行抽穗揚花期耐冷性鑒定評價，篩選出耐冷性強和極強的種質材料21份，可作為水稻耐冷育種的優良親本。夏秀忠等（2014）對209份廣西地方稻種資源核心種質進行芽期和苗期耐冷性鑒定及相關性分析，結果表明，在芽期、苗期耐冷性達1級的品種數分別為17和15份，為水稻抗寒育種提供了新的種質資源。馬增鳳等（2015）利用早春自然低溫條件對36份親本材料及68個雜交組合的423份材料進行苗期耐冷性初步鑒定評價，鑒定出1級強耐冷材料61份，其中親本材料10份，含普通野生稻血緣的雜交組合后代33份，含IRBB5組合衍生后代15份，含BPHR96組合衍生后代3份，表明利用強耐冷的普通野生稻資源和耐冷的秈粳稻品種雜交是選育耐冷水稻品種的途徑之一。覃寶祥等（2015）采用人工低溫脅迫方法對20份苗期耐冷的普通野生稻染色體片段代換系進行孕穗期耐冷性鑒定評價，鑒定出的2份抗性3級材料既可作為苗期耐冷性抗源，又可作為孕穗期耐寒性抗源。曾研華等（2015）對甬優系列雜交稻組合等品種進行開花期耐冷性評價，鑒定出甬優538、浙粳88、甬優10號、甬優6號和甬優15號為耐冷型品種?！颈狙芯壳腥朦c】廣西晚稻以抽穗揚花期受寒露風低溫危害的概率最高，受害最重（何燕和高永珍，1998），但至今尚無在抽穗揚花期具有強耐冷性品種育成的報道?！緮M解決的關鍵問題】對具有廣西生態區優秀恢復系遺傳背景的水稻高代回交導入系材料開展抽穗揚花期耐冷性鑒定，篩選出耐冷性強的優良株系，為抽穗揚花期耐冷水稻品種的育成打下基礎。

1 材料與方法

1. 1 供試材料

試驗材料為本課題組在實施“水稻回交導入系的構建與種質資源有利基因的高效發掘”項目過程中優選出的146份以從中國農業科學院作物科學研究所引進的19份優異種質為供體、廣西優良恢復系測253和桂649為輪回親本的綜合農藝性狀優良、蘊藏有利基因且具有廣西生態區優秀恢復系遺傳背景的BC2F5代材料，其中以測253為輪回親本的有69份，以桂649為輪回親本的有77份。

1. 2 試驗方法

試驗于2014年晚造在廣西農業科學院水稻研究所試驗田進行。栽培管理及試驗設計處理按劉廣林等（2013）的方法進行。按常規方法播種移栽，移栽規格17 cm×23 cm，每穴栽單苗，每份種質材料栽40株，未設重復，常規水肥管理。于抽穗楊花期的稻穗，每份種質材料選取生長一致的6株進行掛牌并移栽于塑料桶，每株掛牌3～4穗（均抽出1/4左右），其中3株置于人工氣候室外為對照，另外3株置于人工氣候室內進行低溫脅迫處理。處理溫度為全天平均18 ℃，白天光照為透過玻璃的自然光，晚上無光照，相對濕度80%，連續處理5 d，處理完畢后移至室外自然生長至成熟，分別取對照及經低溫處理掛牌的稻穗進行結實率調查，以相對結實率[（低溫處理平均結實率/對照平均結實率）×100%]為耐冷性鑒定評價指標。評定標準（游俊梅等，2000）：1級，>95%，耐冷性極強，記為RR；3級，85%～94%，耐冷性強，記為R；5級，60%～84%，耐冷性中等，記為M；7級，20%～59%，耐冷性弱，記為S；9級，< 20%，耐冷性極弱，記為SS。

2 結果與分析

2. 1 高代回交導入系優良株系耐冷性鑒定結果

以相對結實率為鑒定評價指標，146份高代回交導入系優良株系材料的相對結實率為42.35%～96.40%，平均為70.64%，變異系數為18.43%，平均耐冷級別5級，耐冷性處于中等水平（表1）。 其中，耐冷性極強（1級）的株系材料有3份，耐冷性強（3級）的有19份，耐冷性中（5級）的有89份，耐冷性弱（7級）的有35份，分別占供試株系材料的2.06%、13.01%、60.96%和23.97%，無耐冷性極弱（9級）的株系材料（表2）。一般認為粳稻耐冷性強于秈稻，但從表2來看，秈稻株系耐冷性1級或3級的共21份，占秈稻株系（137份）的15.33%，而粳稻株系耐冷性1級或3級的只有1份，占粳稻株系（9份）的11.1%，表明供試材料中秈稻供體回交導入系優良株系材料抽穗揚花期耐冷性明顯優于粳稻供體，蘊含更多抽穗揚花期耐冷基因。表3列出抽穗揚花期耐冷性1級或3級的高代回交導入系優良株系。

2. 2 不同輪回親本回交導入系優良株系的耐冷性差異分析結果

在低溫處理下，雖然整體上不同輪回親本其回交導入系株系平均耐冷性級別均屬于5級，耐冷性處于中等水平，且株系間耐冷性差異相當，但以桂649為輪回親本的株系材料其平均相對結實率為74.84%，明顯優于以測253為輪回親本的株系（66.12%）（表1）。從各耐冷性級別株系數量分布情況（表4）來看，以測253為輪回親本的株系材料抽穗揚花期耐冷性級別絕大部分在5級以上，無耐冷性1級材料，耐冷性3級的也只有2份，占該類材料的2.90%；而以桂649為輪回親本的株系材料耐冷性1級、3級的分別有3和17份，占該類材料的3.90%和22.08%，表明供試高代回交導入系優良株系材料中以桂649為輪回親本的株系材料蘊藏著豐富的抽穗揚花期強耐冷性基因源，有必要對其進一步開展研究及育種利用。

2. 3 不同供體親本回交導入系優良株系的耐冷性差異分析結果

本研究供試材料共有27個組合、19個優異種質供體，但不同優異種質供體間其高代回交導入系優良株系的耐冷性差異明顯。在測253背景下，以中農148、中農149和中農150為供體的株系耐冷性表現最差，耐冷性7級以上的分別占各自組合的50.0%以上；以中農127和中農145為供體的株系耐冷性較好，耐冷性3級和5級的株系分別占各自組合的20.0%、80.0%和16.7%、66.7%（表5）。在桂649背景下，以中農128、中農139、中農143和中農146為供體的株系耐冷性表現最佳，其耐冷性1級和3級的株系占各自組合的50.0%以上，且均無耐冷性弱（7級）或極弱（9級）的株系材料；而以中農142和中農151為供體的株系耐冷性表現最差，無耐冷性強（3級）或極強（1級）的株系材料，耐冷性弱（7級）的株系占各自組合的30.0%以上（表6）。值得一提的是，供體親本中農145無論是與測253還是桂649配組，均可從其高代回交導入系優良株系中鑒定出耐冷性強（3級）的株系，且該組合的大部分株系耐冷性均達中等耐冷水平（表5和表6），表明該供體親本具有與綜合農藝性狀結合得較好的強耐冷基因源，具有較大耐冷育種應用潛力。

3 討論

3. 1 廣西水稻關鍵生育期耐冷性鑒定

水稻從種子發芽到成熟的各生長發育期間均存在低溫冷害（趙正武等，2006），廣西水稻生產中低溫冷害主要表現為2～4月的倒春寒天氣導致爛秧爛種、9～10月的寒露風天氣導致結實率降低而減產或失收，其中以抽穗揚花期受寒露風危害的機率最大、受害最重（何燕和高永珍，1998），選育并應用耐冷性強的品種是最經濟有效的防御措施。然而，在廣西水稻品種區試中，耐冷性尚未列入考核指標，水稻耐冷育種投入少、研究基礎非常薄弱，因此，利用有限的科研物力、人力開展各類水稻種質資源材料抽穗揚花期耐冷性鑒定，篩選抽穗揚花期耐冷性強的材料并加以利用，對廣西水稻安全生產具有重要的現實意義。

3. 2 不同秈粳供體回交導入系優良株系耐冷性

前人較多的研究結果表明粳稻的耐冷性明顯強于秈稻（楊樹明等，2008；金銘路等，2009），但本研究中從137份秈稻供體回交導入系優良株系中篩選得到抽穗揚花期耐冷性強或極強的株系有21份，占15.33%，來自11個不同的組合（表3），而從9份粳稻供體回交導入系優良株系中只篩選出1份耐冷性強的株系，占11.1%，說明秈稻種質材料中同樣存在豐富的抽穗揚花期耐冷基因，與筆者之前的研究結果（劉廣林等，2013）相似，原因可能與長期的自然選擇（寒露風低溫脅迫）和人工選擇有關。

3. 3 不同背景回交導入系抽穗揚花期耐冷性

在水稻長期進化過程中， 種質資源的各種抗逆基因已不同程度地分散到秈、粳稻品種中（孟麗君等，2012），不同親本雜交組合衍生后代的耐冷性取決于親本耐冷基因的加性、互作效應的綜合作用（傅泰露等，2009）。本研究中所用材料為以測253和桂649為輪回親本且經過綜合農藝性狀田間選擇的優良回交后代，所篩選出的22份抽穗揚花期耐冷性強或極強的株系材料中有20份是以桂649為輪回親本（表4），占90.91%，包含9個供體（表6），是否意味著這些優異種質供體帶有的耐冷基因與桂649耐冷基因的互補性優于與測253耐冷基因的互補性有待進一步研究。同時表明，對現有不同供體導入到不同優良品種的高代回交導入系優良株系開展耐冷性鑒定，有可能篩選到帶有不同耐冷基因、耐冷性強的優異中間材料，是積累強耐冷性種質資源的途徑之一。

4 結論

以相對結實率為鑒定指標對146份水稻高代回交導入系優良株系進行抽穗揚花期耐冷性鑒定，篩選出22份耐冷性強或極強的株系，22份株系在株葉型、分蘗力、產量等性狀方面綜合表現較好，且具有強恢復系背景，可作為優良耐冷親本在水稻耐冷育種中應用。

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（責任編輯 麻小燕）