水稻不同生長時期耐寒性鑒定

劉靜妍，蘇京平，閆雙勇，李軍玲，孫 玥

（天津市農作物研究所，天津市農作物遺傳育種重點實驗室，天津300384）

水稻（Oryza sativaL.）原產于我國，是世界范圍內重要的糧食作物之一。隨著世界人口的不斷增加，耕地面積逐漸減少，如何提高糧食產量及品質已成為備受矚目的研究課題。水稻作為我國最重要的糧食作物，產量居糧食作物首位，播種面積占糧食作物總面積的1/3。水稻是喜溫作物，在溫帶地區馴化，對低溫十分敏感[1-2]。有研究表明，低溫寒害會降低水稻出苗率，影響秧苗生長，是限制我國中高緯度地區水稻高產和穩產的關鍵因子[3-4]。低溫寒害作為主要逆境脅迫，對水稻的各個時期尤其是芽苗期生長均產生嚴重影響，是我國稻作生產中的主要限制因子[5-6]。嚴重的低溫寒害可導致東北粳稻主產區年產量平均減產50億～100億kg，約占正常年總產的20%。水稻抽穗揚花期遭遇低溫會降低水稻結實率，嚴重影響稻米的營養品質[7]。隨著農村人口老齡化問題日益嚴重，水稻輕簡化栽培方式的推廣，直播已成為水稻生產的必然發展趨勢[8-9]。目前面臨最大的問題之一是芽苗期水稻耐冷性較差，極大限制水稻直播時期[2，8，10]，且對水稻響應低溫脅迫機制的研究多是從生理生化的角度解釋，對于水稻響應低溫信號途徑的關鍵基因定位及克隆還不是很多。已克隆的水稻低溫相關基因包括COLD1[10]、Ctb1[11]、bZIP73[12-13]、OsMADS57[14]、OsCNGC9[15]及Os－SAP16[16-17]等，分別在萌發期、幼苗期及孕穗期起作用[7]。然而這些基因尚不能構建詳細的水稻低溫信號調控網絡，且能用于實際生產育種的基因資源非常欠缺，仍有大量水稻低溫相關基因未被克隆。因此，篩選鑒定耐冷優異種質和基因資源[18-19]，對培育耐寒新品種、推廣水稻直播面積、保障糧食安全具有重要的理論和現實意義。

本研究以7個水稻材料為研究對象，以低溫萌發率、芽期低溫成苗率及苗期低溫存活率作為指標，分析各材料不同時期的耐寒性，同時在佳木斯地區4月份進行3期直播試驗，根據田間出苗率評價各個材料的耐寒性，旨在為耐寒品種選育提供種質資源，為水稻耐寒機制解析提供新的研究材料。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為5個水稻品種（牡丹江3號（mdj3）、興國（xg）、麗粳10號（lj10）、緊碼京租（jmjz）、龍粳31（lj31，對照品種））和2個自育水稻品系（bd01和bd02），均為天津市農作物研究所雜粳中心保存的水稻資源。

1.2 試驗方法

1.2.1 萌發期耐寒性分析 每份材料選取50粒飽滿健康的種子，放置于帶有濾紙的培養皿中進行發芽試驗，每皿加入8 mL無菌水充分潤濕，將培養皿放置于12℃光照培養箱中，光照設置為12 h光照/12 h黑暗。以種子胚根突破種皮為萌發標準，統計每天的種子萌發數。

1.2.2 芽期耐寒性分析 每份材料挑選50粒飽滿健康種子，放置于墊濾紙的培養皿中，浸種2 d后，在28℃植物培養箱內催芽。待芽長至5 mm左右時，取出置于4℃低溫培養箱內，處理8 d，光照設置為12 h光照/12 h黑暗。處理結束后，將培養皿置于28℃的光照培養箱恢復生長，放置7 d后，調查成活苗數，并計算成苗率。

1.2.3 苗期耐寒性分析 每份材料挑選50粒飽滿健康種子，浸種2 d后，放置于放有水稻土的小花盆中，在28℃植物培養箱培養。生長14 d左右，待幼苗長至二葉一心期置于4℃低溫培養箱低溫處理，光照設置為12 h光照/12 h黑暗。約48 h后置于28℃的光照培養箱恢復生長。放置7 d后，調查成活苗數，并計算存活率。

1.2.4 田間低溫出苗率分析 于東北佳木斯對7個品種進行田間出苗統計。每個材料播種100粒健康種子于秧田中，設置3個重復，每7 d播種一批，分別于播后第21、28、35天記錄出苗數，統計出苗率。

1.3 數據分析

試驗數據采用Excel進行分析及圖表繪制，并采用T檢驗法進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 7種水稻材料低溫萌發率鑒定

由圖1可知，麗粳10號在低溫處理第5天開始萌發，時間遠早于其他材料，且萌發速度很快，到第11天萌發率到達頂峰（97.3%），后面為平臺期。說明這個品種在萌發階段對低溫的耐受性明顯好于其他品種。其他品種低溫耐受性由高至低依次為興國（萌發率94.7%）、緊碼京租（萌發率82%）、牡丹江3號（萌發率60.7%）、bd02（萌發率60.7%，速率較慢）、龍粳31（萌發率24.7%）、bd01（萌發率14.7%）。龍粳31為東北主栽品種，耐寒性較好，本研究中5個材料的耐寒性均好于龍粳31。

2.2 7種水稻材料芽期耐寒性鑒定

低溫耐寒性指標眾多，為了更全面地評價材料的耐寒性，本研究對不同材料進行低溫脅迫下芽期耐寒性表型分析，結果表明（圖2），成苗率最高的是麗粳10號，達到99.3%，其次是自育水稻品系bd02（92.0%）。因此，麗粳10號和bd02是芽期耐寒性較好的品種；其次較耐寒的品種有興國（91.9%）和牡丹江3號（91.0%）；以上4種材料的低溫成苗率均顯著高于龍粳31（90.1%）（P＜0.01）。緊碼京租及bd01則相對龍粳31芽期不耐寒。

2.3 7種水稻材料苗期耐寒性鑒定

在實際生產過程中，水稻幼苗期也是容易遭受低溫寒害的重要時期，因此，本研究對上述材料的苗期耐寒性在實驗室進行評價。由圖3可知，bd02和龍粳31的苗期耐寒性較佳，存活率分別為88.1%和84.9%，其次是牡丹江3號和bd01，分別為72.5%和66.9%，另外3個材料則顯著低于前面4個材料（P＜0.001），存活率均低于50%。

2.4 大田不同播期對水稻出苗率的影響

為了更準確評估7種材料的耐寒性，本研究將7種材料在佳木斯地區進行田間出苗率鑒定，來評估實際生產的耐寒性。當地直播時間一般在5月初左右，本研究將始播期定為2020年4月16日。當地溫度4月16日至5月22日最低溫度為-5℃，最高溫度為25℃，相對于當地水稻出苗及生長均為較低溫度（圖4）。結果顯示，7個材料隨時間推移及溫度升高，出苗率均有不同程度提高，與對照龍粳31相比，bd02在第3期播后21、28、35 d的出苗率均顯著升高，分別達到了77.0%、79.0%和93.5%，對照龍粳31則分別是57.0%、60.3%和64.0%，證明bd02耐寒性高于龍粳31（圖4）。第3期播種的bd02出苗率在播后21、28、35 d均顯著高于對照龍粳31（P＜0.05），而第1、2期播種的bd02出苗率則在某些時間點與龍粳31間差異不顯著，證明水稻出苗率與播期及溫度有很大相關性，較合適的播期為4月下旬。值得注意的是，麗粳10號在第2期出現較明顯的出苗率下降，這可能和第2期播種時遇到突發寒潮，溫度降至-5℃有關，而牡丹江3號、龍粳31等材料則對這一溫度下降反應不明顯，也可在一定程度說明材料對溫度的敏感性。

3 結論與討論

在實驗室模擬逆境環境篩選耐逆材料具有變量單一、環境穩定、方便操作等優點，而缺點則是不能完全模擬田間復雜多變的自然環境。傅丹桂等[20]研究表明，幾個不同水稻品種在人工氣候室內18℃低溫發芽14 d的種子萌發率與田間低溫出苗率具有顯著正相關。曹棟棟等[21]研究表明，在實驗室18℃發芽4～5 d及15℃發芽5～7 d的部分早稻種子萌發率與田間低溫出苗率具有顯著正相關，這些都說明在實驗室模擬田間低溫篩選材料具有很好的可行性。本研究在實驗室以較嚴格的12℃低溫作為篩選條件進行水稻萌發期耐寒材料篩選，以東北稻區主栽品種龍粳31為對照，發現麗粳10號、興國、緊碼京租、牡丹江3號、bd02均顯著高于龍粳31。已有研究表明，播種時期不同會對作物產量造成很大影響[22-23]。本研究將田間耐寒鑒定試驗設置在東北地區水稻主要種植區佳木斯，自4月16日起每7 d播種一期，第1期播種時間比正常佳木斯田間直播時間早21 d左右。3個播期直播試驗表明，bd02出苗率顯著高于龍粳31，與實驗室得到的結果一致；而其他4個耐低溫材料在田間篩選中則與龍粳31沒有顯著差異，暗示可能具有其他復雜的環境因子影響其他4個水稻材料的低溫種子活力，也說明實驗室篩選的材料在實際應用中需要進行進一步表型鑒定，來確定其是否具有實際應用價值。本研究結果表明，耐寒性表型在同一種材料的不同時期有很大差異，比如緊碼京租的耐寒性在萌發期較好，而在芽期則表現一般。這說明僅用一個時期的一種耐寒指標作為材料耐寒性鑒定可能不具有準確性，且大田環境更為復雜。因此，篩選更多抗性材料，克隆耐寒基因并解析分子機制，是下一步的研究重點。

本研究通過對7個水稻材料的萌發期、芽期及苗期耐寒性鑒定發現，自育品系bd02在3個時期耐寒性均高于對照品種龍粳31，在佳木斯當地田間直播試驗中，bd02低溫出苗率顯著高于龍粳31，可作為耐寒種質，用于耐寒品種水稻選育。后續將進一步對該材料的耐寒性分子機制進行研究，以期獲得水稻耐寒相關調控基因。