時(shí) 強(qiáng)，周年兵，胡金龍，劉炳亮，張洪程，朱金燕

一種芽期耐淹水稻品種的快速篩選方法及其應(yīng)用

時(shí) 強(qiáng)，周年兵，胡金龍，劉炳亮，張洪程*，朱金燕*

(揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江流域稻作技術(shù)創(chuàng)新中心，揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，揚(yáng)州 225009)

為推廣適于復(fù)雜氣候生態(tài)條件直播種植的耐淹水稻品種，以近年審定的部分適合江蘇地區(qū)種植的粳稻品種60份為試驗(yàn)材料，設(shè)置兩種光照處理方式，結(jié)果表明，全黑暗處理能排除了光照強(qiáng)度不均勻?qū)ΨN子萌發(fā)生長(zhǎng)的影響。并設(shè)置2 cm、3 cm和5 cm 3種水深處理，分別測(cè)定3種水深處理下各品種平均芽長(zhǎng)，結(jié)果表明，只有在5 cm水深處理下，各品種平均芽長(zhǎng)呈明顯雙峰分布，且60份供試品種中僅有武粳15號(hào)、武香粳9號(hào)、武育粳18號(hào)和鎮(zhèn)稻1號(hào)的芽長(zhǎng)超過5.00 mm，因此明確5 cm水深處理10 d后芽長(zhǎng)＞5.00 mm作為芽期耐淹性能強(qiáng)的水稻品種的篩選指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了芽期耐淹水稻品種的實(shí)驗(yàn)室快速篩選。

水稻；耐淹；篩選指標(biāo)

水稻是我國(guó)的主要糧食作物，水稻的安全生產(chǎn)直接關(guān)系國(guó)家的糧食安全。我國(guó)傳統(tǒng)的水稻種植主要以人工育秧、栽秧為主，過程繁瑣，耗時(shí)費(fèi)工，勞動(dòng)強(qiáng)度大。隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步，農(nóng)村生產(chǎn)形式發(fā)生了根本性的變化，大量?jī)?yōu)質(zhì)農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移到第二、三產(chǎn)業(yè)中去，第一產(chǎn)業(yè)的優(yōu)質(zhì)勞動(dòng)力大量流失且勞動(dòng)力成本不斷提高。同時(shí)，在社會(huì)主義新農(nóng)村的建設(shè)過程中，越來越多的土地開始流轉(zhuǎn)，規(guī)?；a(chǎn)逐步成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要方式。因此，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本、穩(wěn)定生產(chǎn)能力和增加經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，發(fā)展適合我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與社會(huì)條件的全程機(jī)械化水稻種植技術(shù)，已成為我國(guó)當(dāng)前及今后水稻生產(chǎn)中的重要研究方向[1]。

水稻直播是指在水稻種植過程中不經(jīng)過育秧、栽秧等環(huán)節(jié)，直接把稻種播種于大田中的一種輕簡(jiǎn)種植方式[2]。直播作為一種傳統(tǒng)的栽培方式，在我國(guó)已有數(shù)千年歷史，早在20世紀(jì)60年代，我國(guó)南北方就采用過水稻直播種植方式[3]。70年代出現(xiàn)了水稻旱直播種植技術(shù)，80年代水稻旱直播技術(shù)得到一定發(fā)展和應(yīng)用[4]，90年代由于農(nóng)村勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移和勞動(dòng)力成本的提高，以直播、拋秧為代表的水稻輕簡(jiǎn)栽培方式備受關(guān)注。水稻直播省去了育秧、拔秧、運(yùn)秧及移栽等多道工序，具有省工節(jié)本、節(jié)約水資源、節(jié)省土地和降低水稻栽植的勞動(dòng)強(qiáng)度及經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)，正逐漸成為理想的現(xiàn)代水稻輕簡(jiǎn)高效栽培模式[5-7]。

在歐美及澳大利亞等一些工業(yè)化國(guó)家，雖然水稻直播栽培歷史較短，但研究技術(shù)成熟，種植面積非常大。其中意大利水稻直播種植面積占98%，加利福尼亞州（美國(guó)水稻主產(chǎn)區(qū)）水稻種植幾乎全部采用直播方式，澳大利亞直播水稻種植面積占81%[8-9]。中國(guó)水稻直播技術(shù)研究相對(duì)較晚，在中國(guó)要大面積推廣還存在很多問題需要解決。直播種子成苗率高低是直播栽培成功與否的關(guān)鍵因素，而影響直播種子成苗的主要原因是淹水缺氧和低溫脅迫。在江蘇省大面積生產(chǎn)上，直播稻播種季節(jié)為六月中旬，常受梅雨天氣的影響，田塊不平整易造成局部淹水且難以排水的局面。由于部分種子長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中，時(shí)常造成種子發(fā)芽不整齊、缺苗斷壟等現(xiàn)象，目前生產(chǎn)上大面積推廣的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻品種大多是以適宜移栽為育種目標(biāo)育成的，把移栽品種直接用于直播且缺乏成熟的配套栽培技術(shù)，導(dǎo)致生產(chǎn)中常常出現(xiàn)各種問題，水稻直播種植用種量大、發(fā)芽成苗率低是生產(chǎn)中出現(xiàn)的突出問題。因此，本研究明確了芽期耐淹水稻品種的快速篩選方法并對(duì)當(dāng)前水稻生產(chǎn)中應(yīng)用的品種進(jìn)行了篩選，為推廣適于復(fù)雜氣候生態(tài)條件直播種植的耐淹水稻品種，解決水稻直播中由于水淹造成的成苗率低、用種量大等問題具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，同時(shí)為耐淹水稻新品種的選育提供了重要信息。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以近年審定的適合江蘇地區(qū)種植的粳稻品種60份為試驗(yàn)材料（表1），并且選其中20份水稻品種作為芽期耐淹快速篩選方法鑒定的處理材料，分別為徐稻3號(hào)、華粳4號(hào)、華粳7號(hào)、淮稻5號(hào)、淮糯11號(hào)、鹽稻11號(hào)、鹽粳9號(hào)、揚(yáng)中稻1號(hào)、揚(yáng)粳4308、揚(yáng)粳4227、寧粳5號(hào)、南粳49、南粳47、武粳15號(hào)、武香粳14號(hào)、武運(yùn)粳7號(hào)、武運(yùn)粳29號(hào)、常農(nóng)粳5號(hào)、鎮(zhèn)稻88和鎮(zhèn)稻9424。

所有試驗(yàn)材料于2018年正季種植于揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)基地，常規(guī)田間管理，成熟期收獲，低溫烘干儲(chǔ)藏備用。

表1 供試品種5 cm水深處理的平均芽長(zhǎng)

1.2 芽期耐淹快速篩選方法鑒定

1.2.1 水稻種子的消毒處理 20份待測(cè)芽期耐淹性能水稻品種各取健康飽滿種子70粒，平均分裝7個(gè)玻璃長(zhǎng)管，編好編號(hào)，6%～7%NaClO處理消毒20 min，蒸餾水沖洗3～4次，待用；

1.2.2 光照及淹水處理 20份待測(cè)水稻品種均分別設(shè)置3種水深脅迫方式，分別為水深2 cm、3 cm和5 cm，設(shè)置2種光照處理方式，分別為全黑暗、16 h光照/8 h黑暗，人工氣候箱設(shè)置25 ℃處理10 d，處理過程中定期補(bǔ)充水分，保持水深不變；每一個(gè)品種同時(shí)設(shè)置1個(gè)對(duì)照，人工氣候箱25 ℃（16 h光照/8 h黑暗）處理10 d，對(duì)照持續(xù)保持濕潤(rùn)；

1.2.3 淹水處理后的指標(biāo)觀察與測(cè)定 淹水處理10 d后將材料取出，觀察種子生長(zhǎng)情況，并選用游標(biāo)卡尺對(duì)每根玻璃管中的種子的芽長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算平均值；分析光照處理方式及3種水深脅迫方式下對(duì)水稻品種耐淹性能的篩選效果，明確實(shí)驗(yàn)室快速篩選芽期耐淹水稻品種的合適光照處理方式和處理水深。

1.3 芽期耐淹水稻品種的快速篩選

1.3.1 水稻種子的消毒處理 60份待測(cè)芽期耐淹性能水稻品種各取健康飽滿種子20粒，平均分裝2個(gè)玻璃長(zhǎng)管，編好編號(hào)，6%～7%NaClO處理消毒20 min，蒸餾水沖洗3～4次，待用；

1.3.2 淹水處理 60份待測(cè)水稻品種設(shè)置5 cm水深脅迫，人工氣候箱設(shè)置25℃（黑暗）處理10 d，處理過程中定期補(bǔ)充水分，保持水深不變；同品種對(duì)照人工氣候箱25℃（16 h光照/8 h黑暗）處理10 d，持續(xù)保持濕潤(rùn)；

1.3.3 淹水處理后的指標(biāo)測(cè)定 淹水處理10 d后將材料取出，觀察種子生長(zhǎng)情況，并選用游標(biāo)卡尺對(duì)每根玻璃管中的種子的芽長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算平均值，根據(jù)已確定篩選指標(biāo)篩選出芽期耐淹性能強(qiáng)的水稻品種。

2 結(jié)果與分析

2.1 芽期耐淹快速篩選的合適光照處理方式

按照材料與方法所述，準(zhǔn)備好待測(cè)材料，具體方法參照材料與方法1.2。處理結(jié)果發(fā)現(xiàn)，16 h光照/8 h黑暗光照處理方式下，其中靠近側(cè)壁光源放置的6個(gè)品種的3種水深處理位置為5 cm水深最靠近光源，其次分別為3 cm和2 cm水深，6個(gè)品種均不同程度的出現(xiàn)5 cm水深脅迫下平均芽長(zhǎng)超過3 cm和2 cm水深脅迫，具體平均芽長(zhǎng)見表2；而靠近側(cè)壁光源放置的品種且2 cm水深最靠近光源，其次分別為3 cm和5 cm水深，則正常表現(xiàn)為2 cm水深脅迫下平均芽長(zhǎng)超過3 cm和5 cm水深脅迫。而在黑暗處理方式下，無此現(xiàn)象出現(xiàn)。以上結(jié)果表明，光照強(qiáng)度對(duì)種子萌發(fā)生長(zhǎng)存在很大誘導(dǎo)作用，而所受光照強(qiáng)度不均勻會(huì)嚴(yán)重影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，因此，全黑暗處理能排除光照強(qiáng)度不均勻的影響，確定為芽期耐淹快速篩選的合適光照處理方式。

表2 6個(gè)品種的3種水深處理的平均芽長(zhǎng)（16 h光照/8 h黑暗）

2.2 芽期耐淹快速篩選的最佳處理水深

在不同水深脅迫條件下，20份供試品種處理10 d后對(duì)其進(jìn)行觀察、測(cè)量芽長(zhǎng)并分析，各品種的對(duì)照均能正常生長(zhǎng)且品種之間無顯著差異，變異度僅為0.19，平均芽長(zhǎng)范圍為24.66～54.34 mm，呈連續(xù)分布，說明各品種的種子均健康能正常生長(zhǎng)，各處理的結(jié)果不存在受種子活力的影響（圖1(a、e)）；在2 cm水深處理下，各品種芽長(zhǎng)均能突破2 cm水深向上生長(zhǎng)且品種之間無顯著差異，變異度僅為0.30，平均芽長(zhǎng)范圍為22.40～42.32 mm，呈連續(xù)分布（圖1(b、e)）；在3 cm水深處理下，各品種平均芽長(zhǎng)范圍為12.09～30.28 mm，呈連續(xù)分布，變異度僅為0.39（圖1(c、e)）；在5 cm水深處理下，各品種平均芽長(zhǎng)范圍為0.20～7.26 mm，呈雙峰分布，在20份品種中僅篩選出2份品種芽長(zhǎng)超過5.00 mm，其余品種芽長(zhǎng)均小于2.00 mm（圖1(d、e)）。綜合以上分析，說明5 cm水深選擇壓力能在大量品種中篩選出芽期耐淹性能強(qiáng)的水稻品種，5 cm水深處理10 d后芽長(zhǎng)＞5.00 mm可作為芽期耐淹性能強(qiáng)的水稻品種的篩選指標(biāo)。

2.3 60份江蘇省審定品種芽期耐淹快速篩選

60份供試品種5 cm水深脅迫處理10 d后對(duì)所有處理進(jìn)行觀察、測(cè)量芽長(zhǎng)并分析，各品種的對(duì)照均能正常生長(zhǎng)且品種之間無顯著差異，平均芽長(zhǎng)范圍為24.68～51.02 mm，呈連續(xù)分布，說明各品種的種子均健康能正常生長(zhǎng)，5 cm水深處理的結(jié)果不存在受種子活力的影響（表1，圖2(b、c)）；在5 cm水深處理下，各品種平均芽長(zhǎng)范圍為0.12～7.55 mm，在60份品種中僅篩選出4份品種芽長(zhǎng)超過5.00 mm，分別為武粳15號(hào)、武香粳9號(hào)、武育粳18號(hào)和鎮(zhèn)稻1號(hào)，其余品種芽長(zhǎng)均小于2.00 mm（表1，圖2(a、c)）。結(jié)果分析表明，在5 cm水深選擇壓力下根據(jù)芽長(zhǎng)指標(biāo)（芽長(zhǎng)＞5.00 mm）篩選出4份芽期耐淹性能強(qiáng)的水稻品種武粳15號(hào)、武香粳9號(hào)、武育粳18號(hào)和鎮(zhèn)稻1號(hào)。

圖1 不同處理下的芽長(zhǎng)分布及變異度

Figure 1 The distribution and variation of bud length under different treatment

圖2 5cm水深處理及濕潤(rùn)對(duì)照的芽長(zhǎng)分布

Figure 2 Distribution of bud length under 5 cm water depth and wet-control

3 討論

迄今為止，已經(jīng)報(bào)道許多對(duì)水稻芽期耐淹性鑒定的相關(guān)研究。侯名語等[10]以水深0.2 m暗發(fā)芽5 d的胚根長(zhǎng)度為指標(biāo)，評(píng)價(jià)359份水稻品種的耐淹能力；王洋[11]以水深5 cm、16 h黑暗/8 h光照7 d的芽鞘長(zhǎng)為指標(biāo)，評(píng)價(jià)了247份粳粳交與98份秈粳交材料的耐淹性；Septiningsih等[12]以水深10 cm干種子播種后21 d的存活率來評(píng)價(jià)水稻材料的耐淹性。這些鑒定方法，存在處理水深標(biāo)準(zhǔn)各有差異、忽略光照強(qiáng)度對(duì)萌發(fā)生長(zhǎng)影響等問題。本研究設(shè)置全黑暗、16 h光照/8 h黑暗的2種光照處理，比較了2 cm、3 cm和5 cm的水深條件下種子萌發(fā)生長(zhǎng)的情況，研究結(jié)果表明了光照強(qiáng)度對(duì)種子萌發(fā)生長(zhǎng)存在很大誘導(dǎo)作用，光照強(qiáng)度不均勻會(huì)嚴(yán)重影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，因此，本研究明確全黑暗處理，排除了光照強(qiáng)度不均勻?qū)ΨN子萌發(fā)生長(zhǎng)的影響，進(jìn)一步提高了耐淹表型鑒定的準(zhǔn)確性。另一方面，本研究通過設(shè)置2 cm、3 cm和5 cm 3種水深處理，分析了3種水深處理下各品種平均芽長(zhǎng)的分布特點(diǎn)，結(jié)果表明只有在5 cm水深處理下，各品種平均芽長(zhǎng)呈明顯雙峰分布，且60份供試品種中僅有4份品種芽長(zhǎng)超過5.00 mm，因此明確5 cm水深處理10 d后芽長(zhǎng)＞5.00 mm作為芽期耐淹性能強(qiáng)的水稻品種的篩選指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室快速篩選芽期耐淹水稻品種，為篩選適于復(fù)雜氣候生態(tài)條件直播種植的耐淹水稻品種提供了重要的理論依據(jù)，同時(shí)為耐淹水稻新品種的選育提供了重要參考信息。

近年來不少研究者對(duì)水稻芽期耐淹的分子遺傳機(jī)制進(jìn)行了相關(guān)研究。陳孫祿等[13]通過對(duì)秈粳交高世代回交自交系群體進(jìn)行連鎖分析，鑒定了4個(gè)控制水稻耐淹萌發(fā)的QTL。LEE等[14]以Kasalath/Nip構(gòu)建的98個(gè)回交重組自交系為研究群體，采取5 cm的深播脅迫，對(duì)水稻幼苗中胚軸長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，共鑒定了3個(gè)中胚軸伸長(zhǎng)相關(guān)的QTL，分別位于第1、3、6染色體，其中qMel-3的貢獻(xiàn)率最高，在2個(gè)獨(dú)立重復(fù)中分別為37.56%和26.97%。孫凱等[15]利用200份來源廣泛的水稻種質(zhì)為材料，在低氧條件下測(cè)量芽鞘長(zhǎng)和芽鞘直徑，并且水深10 cm，處理20 d后測(cè)量耐淹成苗率，分析各性狀間的相關(guān)性，結(jié)果表明芽鞘長(zhǎng)、活力指數(shù)與耐淹成苗率呈極顯著正相關(guān)，并通過全基因組關(guān)聯(lián)分析，共鑒定出8個(gè)與活力指數(shù)顯著關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)，15個(gè)與芽鞘長(zhǎng)顯著關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)。以上這些研究由于選用群體不同，表型鑒定方法各異，因此研究結(jié)果各不相同，目前尚缺乏系統(tǒng)深入的水稻芽期耐淹分子遺傳機(jī)制的研究，本研究明確了水稻芽期耐淹實(shí)驗(yàn)室快速鑒定方法，進(jìn)一步提高了表型鑒定的準(zhǔn)確性，為水稻芽期耐淹分子遺傳機(jī)制研究中的表型鑒定提供了一定的參考。

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A rapid method and its application for screening rice submergence tolerance at bud stage

SHI Qiang, ZHOU Nianbing, HU Jinlong, LIU Binliang, ZHANG Hongcheng, ZHU Jinyan

(Innovation Center of Rice Cultivation Technology in Yangtze Valley, Ministry of Agriculture, Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology, Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops, Yangzhou University, Yangzhou 225009)

In order to popularize the submergence-tolerant rice varieties suitable for direct seedling under complicated climatic and ecological conditions, 60rice varieties approved recently in Jiangsu province were used for the experiment. Two modes of illumination were set and all dark treatment was chosen to eliminate the effect of uneven illumination intensity on seed germination and growth. Different water depth of 2 cm, 3 cm and 5 cm was set and the average bud length of each variety was measured. The results demonstrated that the average bud length showed an obvious bimodal distribution only under 5 cm water depth. Among all the 60 varieties, only 4 varieties including Wujing 15, Wuxiangjing 9, Wuyujing 18 and Zhendao 1 had the exceeded 5 mm bud length. As a result, the exceeded 5 mm bud length under 5 cm water depth after 10 days was identified the screening index for strong rice submergence tolerance. This experiment realized the rapid screening for rice varieties with strong submergence tolerance at bud stage in the laboratory.

rice; submergence; screening index

S511.023

A

1672-352X (2021)01-0021-05

10.13610/j.cnki.1672-352x.20210319.013

2021-3-23 12:02:20

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1162.S.20210319.1543.026.html

2020-03-15

江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（BE2019342）和江蘇（海安）現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（稻麥）科技綜合示范基地（JATS［2020］452）

共同資助。

時(shí) 強(qiáng)，碩士研究生。E-mail：1246164728@qq.com

張洪程，教授，中國(guó)工程院院士。E-mail：hczhang@yzu.edu.cn 朱金燕，博士，副研究員。E-mail: zhujinyanrain@163.com