武志峰，曾研華，譚雪明，曾勇軍，潘曉華，石慶華，吳自明

（江西農(nóng)業(yè)大學作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點實驗室/雙季稻現(xiàn)代化生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，江西 南昌 330045）

隨著我國城鎮(zhèn)化的發(fā)展，農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移，化學除草劑的廣泛應用，水稻直播栽培方式因其省工、省力、節(jié)省成本等特點得到迅猛的發(fā)展，應用面積和區(qū)域逐年擴大［1］。然而，在我國南方雙季稻地區(qū)，雙季直播早稻苗期常受低溫侵襲［2］。低溫通常會導致直播早稻分蘗減少、苗弱、易感立枯病，嚴重時甚至出現(xiàn)爛秧死苗等癥狀，嚴重危害早稻生產(chǎn)安全［3-5］。為了克服低溫對早稻帶來的不利影響，達到增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，除了采取其他農(nóng)業(yè)措施外，選用耐冷品種是減輕低溫冷害最經(jīng)濟有效的措施［6-8］。

近年來，國內(nèi)外許多學者相繼開展水稻耐冷性鑒定、篩選與利用等方面的研究。目前苗期耐冷性評價指標主要采用水稻個體形態(tài)特征和生理生化兩類指標進行鑒定。形態(tài)特征分級鑒定，其方法較經(jīng)濟、簡單、及時、快速，但結(jié)果準確性并不是很可靠，如低溫脅迫后葉片褪綠程度分級指標可能因視力疲勞導致試驗誤差，有些品種以葉片萎蔫、卷曲等形態(tài)變化的方式來適應低溫脅迫，脅迫后又恢復正常生長，因此往往受人為及基因型等因素的限制［9］；而生理生化指標適用于少量材料的比較，結(jié)果較為可靠，可準確反映作物的生長狀況，但測定方法較繁瑣，難以用于大規(guī)模品種鑒定及篩選［10］。如何快速準確評價不同早秈稻品種的耐冷性，建立一套有效評價體系，以更加科學地評價幼苗耐冷能力，對南方雙季稻區(qū)直播早稻的安全生產(chǎn)具有重要意義。本試驗采用人工模擬低溫的方法，通過分析成活率和幼苗生長對低溫的響應特點，探討各指標與耐冷性的關(guān)系，并利用因子分析篩選出耐冷性評價指標，采用隸屬函數(shù)結(jié)合聚類分析的方法評價苗期耐冷性，以探索和建立一種快速有效的早稻苗期耐冷性鑒定及評價方法，為直播稻品種選育與栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為長江中下游地區(qū)主栽早秈稻品種，包括13個雜交稻品種：榮優(yōu)9號、淦鑫203、五優(yōu)156、株兩優(yōu)1號、深95優(yōu)華占、株兩優(yōu)538、金優(yōu)458、五豐優(yōu)623、早豐優(yōu)402、陵兩優(yōu)193、株兩優(yōu)819、陸兩優(yōu)996、金優(yōu)463，5個常規(guī)稻品種：中早35、中嘉早17、湘早秈6號、中佳早2號、桂香2號。

1.2 試驗設計

試驗于2016年在江西農(nóng)業(yè)大學教育部作物生理生態(tài)與遺傳育種重點實驗室進行。將18個早稻品種的種子用強氯精消毒10 h后，清水浸種24 h，37℃催芽48 h，清水洗凈后選取破胸一致的種子均勻置于塑料盆中，每個品種播12盆（供試土壤取自農(nóng)大試驗稻田，含有機質(zhì)28.4 g/kg、堿解氮107.2 mg/kg、速效磷11.0 mg/kg、速效鉀52.1 mg/kg，pH值為5.7），每盆播15粒種子。在人工氣候箱（GXZ280c型，寧波江南儀器廠）常溫（25.0±1.0℃）下培養(yǎng)，待水稻幼苗生長至2葉1心時，每個品種將其中6盆放在5.0（±1.0）℃的光照培養(yǎng)箱中低溫處理2 d，余下6盆繼續(xù)在人工氣候箱生長作對照。處理期間光照相同，每天光照12 h（7：00～19：00），光照強度為22 000 lx，相對濕度為60%。處理結(jié)束后，常溫恢復生長，3 d后取樣調(diào)查。

1.3 調(diào)查指標及方法

低溫處理2 d后，調(diào)查早稻幼苗的成活率，采用便攜式SPAD-502葉綠素儀測量成活幼苗第2片完全展開葉的SPAD值，每個品種測3株，每片葉測3個點，取平均值。恢復生長2 d后，選取長勢均勻一致的成活水稻幼苗，取樣時盡量保留完整的根系，分別測定苗高、莖基寬、最長根長、根數(shù)、根系體積，以及心葉下倒一、倒二、倒三葉的長和寬，3次重復；用紗布擦干凈表面后分為地上部分和地下部分，分別用報紙包好，105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，冷卻至室溫后稱干重。

為消除品種（系）間基礎性狀的差異，本試驗采用脅迫系數(shù)（即性狀相對值）進行低溫耐受性評價。

采用隸屬函數(shù)法計算各指標隸屬函數(shù)值，以其平均值綜合評價耐低溫性能，計算公式為：

式中，Yij為第i個品種第j個評價指標的氮效率隸屬函數(shù)值，Xij為第i個品種第j個評價指標的測定值，Xjmin、Xjmax分別為第j個評價指標的最小值和最大值［11］。

試驗數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2007 和SPSS 19.0 進行統(tǒng)計分析，采用最大方差法正交旋轉(zhuǎn)得出主成分因子，采用Heml 1.0 Heatmap Illustrator 進行聚類熱圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫處理對早秈稻苗主要農(nóng)藝性狀的影響

從表1可以看出，低溫脅迫下，早秈稻苗存活率、苗高、根數(shù)、最長根長、根系體積、第2片完全展開葉的SPAD值、地上部干重、倒一葉葉面積、倒二葉葉面積、倒三葉葉面積均顯著低于對照，各指標變異系數(shù)在0.06～0.23范圍內(nèi)，依次為根系體積＞存活率≥倒三葉葉面積＞根數(shù)＞倒一葉葉面積≥倒二葉葉面積＞地上部干重＞最長根長＞苗高＞莖基寬≥SPAD值，表明稻苗在低溫脅迫下，存活率、倒三葉葉面積、根系體積、根數(shù)、倒一葉葉面積、倒二葉葉面積及地上部干重植株幼苗變異系數(shù)為在低溫脅迫條件下靈敏度較高；正常溫度條件下變異系數(shù)為倒一葉葉面積＞根系體積＞根數(shù)＞倒三葉葉面積＞存活率≥地上部干重≥倒二葉葉面積＞最長根長＞苗高＞莖基寬≥SPAD值，變異系數(shù)范圍為0.06～0.25，表明倒一葉葉面積、根系體積、根數(shù)、倒三葉葉面積、存活率、地上部干重及倒二葉葉面積在正常溫度條件下靈敏度較高，基本與低溫條件下類似。初步說明存活率、地上部干重、根系體積、根數(shù)、倒一葉葉面積、倒二葉葉面積及倒三葉葉面積可以作為不同早秈稻品種耐低溫的篩選指標。

表1 不同溫度處理早秈稻苗期農(nóng)藝性狀指標的變化

2.2 早秈稻苗期耐冷性鑒定指標的篩選

由表2可知，對11個與早秈稻苗期耐冷性顯著相關(guān)的鑒定指標的相對值進行因子分析表明，在低溫條件下可以提取3個主成分，總解釋方差為80.147%，其中第一主成分的方差貢獻率為49.965%，第二主成分方差貢獻率為16.824%，第三主成分方差貢獻率為13.359%。第一主成分主要由存活率、地上部干重、莖基寬、苗高、倒三葉葉面積決定。根據(jù)各主成分的貢獻率情況，表明在低溫條件下存活率和地上部干重最能代表不同早秈稻品種對低溫的響應狀況。

2.3 隸屬函數(shù)法評價早秈稻品種耐冷性

根據(jù)水稻苗期性狀指標的描述統(tǒng)計和因子分析結(jié)果，確定存活率和地上部干重可以作為水稻幼苗的耐低溫特性。通過對不同水稻品種在低溫和常溫下的存活率和地上部干重相對值（表3）分析可知，存活率相對值變幅為0.56～0.95，均值為0.82，其中五豐優(yōu)623脅迫系數(shù)最大，為0.95；地上部干重相對值變幅為0.54～0.94，均值為0.82，其中株兩優(yōu)1號與陸兩優(yōu)996脅迫系數(shù)最大，為0.94。采用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)方法，以存活率和地上部干重脅迫系數(shù)為指標計算隸屬函數(shù)值，再將各項指標隸屬函數(shù)值的平均值作為反映水稻苗期耐低溫能力的綜合指標，隸屬函數(shù)平均值越大，耐低溫能力越強。再以隸屬函數(shù)平均值作為指標，采用平方歐式距離法對18個早稻品種進行聚類熱圖分析，用顏色變化梯度直觀地反映數(shù)據(jù)的大小及差異（圖1，封二）。經(jīng)過聚類分析及隸屬函數(shù)平均值綜合分析，可以將不同早稻品種分成3類，第Ⅰ類為株兩優(yōu)1號、金優(yōu)458、深95優(yōu)華占、五豐優(yōu)623、陵兩優(yōu)193、陸兩優(yōu)996等6個品種，表現(xiàn)為隸屬函數(shù)值較大，均高于0.7，初步認定為耐低溫品種；第Ⅱ類為中早35、榮優(yōu)9號、淦鑫203、湘早秈6號、金優(yōu)463、株兩優(yōu)538等6個品種，隸屬函數(shù)值均高于0.5，低于0.7；第Ⅲ類為五優(yōu)156、中佳早2號、桂香2號、中嘉早17、早豐優(yōu)402、株兩優(yōu)819等6個品種，表現(xiàn)為隸屬函數(shù)值較低，均低于0.5，初步篩選為冷敏感品種。

圖1 不同早秈稻品種隸屬函數(shù)聚類結(jié)果

3 結(jié)論與討論

本試驗結(jié)果表明，在低溫脅迫下，以存活率和地上部干重作為水稻苗期耐冷性評價指標比較合適；依據(jù)指標相對值聚類熱圖篩選出株兩優(yōu)1號、五豐優(yōu)623、陵兩優(yōu)193、陸兩優(yōu)996、金優(yōu)458、深95優(yōu)華占6份較耐低溫品種。

表3 不同溫度條件下水稻幼苗存活率和地上部干重相對值及隸屬函數(shù)值

低溫對早稻幼苗影響較為復雜，是多種因素共同作用的結(jié)果。當早稻幼苗遭受到低溫危害時，會通過幼苗生長狀況變化體現(xiàn)出來，且不同指標存在一定關(guān)聯(lián)性，因此單獨將某一個指標或某項機理來衡量水稻耐冷性都有一定的局限性，無法準確的評價其耐冷性［12］。為全面評價早秈稻幼苗耐冷性，本研究從多個形態(tài)指標中篩選出對低溫響應最為明顯的指標，對存活率及幼苗農(nóng)藝性狀進行綜合分析判別，并結(jié)合多種分析方法確定水稻苗期耐低溫指標，分析時沒有直斥采用各指標的數(shù)值，而是采用各指標間的脅迫系數(shù)，即相對值，消除了品種間的固有差異，可以真正比較不同品種耐冷性。為了更科學地評價幼苗耐冷能力，可建立一套新型有效的評價體系，以準確快速篩選耐低溫品種。

低溫脅迫下的存活率是衡量水稻幼苗耐低溫脅迫能力的重要而直觀的指標，但在遭遇低溫后，秧苗的后續(xù)生長乃至最終產(chǎn)量還可能與根數(shù)、最長根長、苗高、干重等指標密切相關(guān)。直播早稻幼苗遭受低溫危害后，植株生長放緩，葉片萎蔫失綠，葉面積減小，干重變輕，根系體積明顯降低，嚴重時甚至出現(xiàn)爛秧死苗等癥狀［13］。本研究表明，低溫敏感的早秈稻品種在低溫條件下，秧苗葉片萎蔫速度較快，不同指標均有不同幅度降低，且恢復能力較差，甚至植株無法恢復生長而死亡；耐冷性品種葉片無明顯的萎蔫現(xiàn)象，但是低溫能夠減緩代謝速度，有機物的供應也減少，導致植株生長緩慢，但比低溫敏感品種降幅較小，如果恢復正常條件，植株就能恢復正常生長［14-15］。因此，直播稻生產(chǎn)中應優(yōu)先選用耐冷品種。

綜上所述，與常溫處理相比，低溫處理顯著降低了直播早稻秧苗的成活率、葉面積、根數(shù)、根系體積、總干質(zhì)量，而且，低溫處理還顯著降低了秧苗的株高、總根長、莖基寬和SPAD值，通過對秧苗形態(tài)和生理指標進行描述統(tǒng)計和因子分析，存活率和地上部干重最能代表植株在遭遇低溫的響應狀況，能夠較準確地反映其低溫適應性。

［1］王在滿，戴億政，王寶龍，等.水稻機械化穴播和條播的對比研究［J］.中國稻米，2016，22（4）：19-20.

［2］張瑜潔.氣候變化對南方地區(qū)水稻生長影響的試驗研究［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)科學院，2014.

［3］陳思思.苗期和拔節(jié)期低溫脅迫對揚麥16產(chǎn)量和生理特性的影響［D］.揚州：揚州大學，2010.

［4］周文魁.氣候變化對中國糧食生產(chǎn)的影響及應對策略［D］.南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2012.

［5］黃永蘭，龍起樟，丁蕓，等.江西省早稻品種芽期耐冷性鑒定評價研究［J］.江西農(nóng)業(yè)大學學報，2016（3）：440-447.

［6］肖宇龍，鐘家有，胡啟鋒，等.江西省早稻主栽品種可控條件下芽期耐冷性鑒定［J］.江西農(nóng)業(yè)大學學報，2014，36（2）：243-248.

［7］曾研華.低溫誘導秈粳雜交稻灌漿結(jié)實障礙特性研究［D］.南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2015.

［8］馬延華，王慶祥，陳紹江.玉米耐寒性鑒定研究進展［J］.作物雜志，2012（4）：1-8.

［9］饒玉春，楊窯龍，黃李超，等.水稻耐冷脅迫的研究進展［J］.分子植物育種，2013，11（3）：443-450.

［10］趙楊.早晚稻兼用品種耐冷性研究及外源NO對苗期耐冷性的影響［D］.長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學，2015.

［11］鐘思榮，陳仁霄，陶瑤，等.耐低氮煙草基因型的篩選及其氮效率類型［J］.作物學報，2017，43（7）：993-1002.

［12］Peng S B，Huang J L，Sheely J E，et al.Rice yield decline with highernight temperature from global warming［J］.Proc Nat Acad Sci，2004，101：9971-9975.

［13］趙楊，魏穎娟，鄒應斌.早稻苗期耐冷性的品種間差異及其評價［J］.作物雜志，2015（2）：53-58.

［14］Alioune C.Testing rice varieties of Indica type for cold toleranceat seedling stage［J］.Japan Jour.Crop Sci，1980，49（4）：543-547.

［15］潘圣剛，孫杜鵬，雷舜，等.低溫處理對精量穴直播水稻幼苗生長特性的影響［J］.華北農(nóng)學報，2013，28（4）：139-144.