于江輝 ，趙 森 ，周 浩 ，孟秋成 ，蔣建雄 ，肖國櫻

（1.湖南農業(yè)大學生物科學技術學院，湖南 長沙 410128；2.中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農業(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實率的臨界溫度[3]。前人以結實率、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03-33、東農03-44、東農415-1、東農 415-2、東農 416、東農 9213、東農 428、敦內稻、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粒花粉。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。可育度（%）=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)。結實率（%）=實粒數(shù)/總粒數(shù)×100，熱害指數(shù)=（自然結實率×高溫結實率）/自然結實率[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03-33、東農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 高溫處理對結實率的影響

由表2可知，東北粳稻在高溫脅迫5 d后結實率顯著降低。USSR 5、長白9號、長粒香、東稻2號、東農 03-33、東農 415-2、東農 9213、合江 195、吉粳3、千重浪2號、沈禾57號的結實率下降幅度較小（＜30個百分點，996下降了33.6個百分點），08M8、G19、敦內稻、東稻1號、吉粳2、平粳8號的結實率下降幅度較大（＞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 03-33、東農 415-1、合江 195、吉粳 3、龍粳21、長白10號、千重浪2號的結實率仍在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428的結實率在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，高溫脅迫后絕對結實率大小為東農 03-33＞USSR5＞吉粳 3＞東稻 2號＞東農 415-1＞合江 195＞996（耐高溫對照品種）；篩選出5個高溫敏感品種，高溫脅迫后絕對結實率大小為平粳8號＜吉粳 2＜08M8＜東稻 1號＜東農 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03-33、東農03-44、東農415-1、東農9213、敦內稻、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實率、高溫結實率、常溫單株產(chǎn)量和高溫單株產(chǎn)量進行聚類分析，結果見表3。結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 415-1、合江 195、龍粳 21、長白 10 號、996 均屬結實率較高類別，長粒香、東農428、沈禾57號、4628均屬結實率較低類別。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 03-44、敦內稻、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415-2、東農416、龍粳21、長白10號、東農 428、龍粳5、沈禾57、4628均屬相對低產(chǎn)類別。

表3 東北粳稻結實率及單株產(chǎn)量的聚類分析

2.5 日平均溫度、花粉育性與結實率間的關系

高溫可引起水稻花粉部分不育，并且導致結實率及穩(wěn)定性下降[12-14]。試驗對東北粳稻花粉育性（x）和結實率（y）進行相關性和回歸分析，表明花粉育性與結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實率，但決定系數(shù)不高，說明除花粉育性外，其它因素對結實率也有較大影響。在一定的溫度范圍內，對日平均氣溫（x）和結實率（y）進行相關性和回歸分析，結果表明日平均溫度和結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實率不高，但結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果來看，日平均溫度和結實率相關極顯著、決定系數(shù)較大；高溫脅迫后絕對結實率高低直接反映了水稻耐熱性的強弱，絕對結實率高，耐高溫能力強，絕對結實率低，耐高溫能力弱。前人也以絕對結實率為標準，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實率作為評判標準，而不能使用熱害指數(shù)。

試驗結果表明，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 415-1＞東農 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業(yè)生態(tài)研究所楊福研究員、湖南農業(yè)大學陳立云教授、南京農業(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的研究[J].上海農業(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結實率的影響[J].中國生態(tài)農業(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實的影響[J].中國生態(tài)農業(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結實率、千粒重的影響分析[J].中國農學通報，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)和結實的影響 [J].華南農業(yè)大學學報，2010，31（2）：50-53.