申廣勒，張從合，王 慧，嚴(yán) 志，周桂香，楊 韋，黃艷玲，汪和廷，張?jiān)苹ⅲ?琳，龐戰(zhàn)士，王 林

(安徽荃銀高科種業(yè)股份有限公司/安徽省水稻商業(yè)化分子育種工程研究中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜交稻新品種創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥 230088)

全球氣候變暖已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，并有不斷加劇的趨勢(shì)。中國(guó)在1960—2010年的50年間平均地表氣溫上升了1.2 ℃。到21世紀(jì)末，預(yù)計(jì)還要上升1～5 ℃。水稻是中國(guó)最主要的糧食作物之一，氣候因素，尤其是高溫對(duì)水稻生產(chǎn)的影響越來(lái)越大。夏季極端高溫天氣頻發(fā)，且持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，對(duì)水稻生產(chǎn)極為不利，特別是我國(guó)長(zhǎng)江流域每年都會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性的高溫天氣，對(duì)水稻生產(chǎn)造成了嚴(yán)重危害。相關(guān)研究表明，抽穗開(kāi)花期是水稻對(duì)高溫脅迫最敏感的時(shí)期，35 ℃以上高溫會(huì)引起花器官發(fā)育不良和授粉行為障礙，進(jìn)而引起結(jié)實(shí)率下降，造成水稻大幅度減產(chǎn)，甚至絕收。2003年夏季高溫給湖南、湖北、安徽等長(zhǎng)江中下游地區(qū)的一季中稻生產(chǎn)造成了巨大損失，長(zhǎng)江流域受害面積達(dá) 3×10hm，損失稻谷達(dá)5.18×10t，經(jīng)濟(jì)損失近百億元。以安徽省為例，2003年受災(zāi)面積3.3×10hm，損失稻谷1.28×10t。田間調(diào)查結(jié)果表明，明顯受害的田塊中，不同田塊和不同品種受災(zāi)程度各異，減產(chǎn)幅度70%～10%，大部分受害田塊的結(jié)實(shí)率為40%～60%，受害的品種既有雜交稻也有常規(guī)稻。2006年江淮地區(qū)水稻高溫受災(zāi)面積達(dá)6.67萬(wàn) hm。2013年7月下旬至8月中旬，安徽省江淮地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)27 d高溫35 ℃以上的天氣。因此，選育耐高溫品種并大面積推廣，具有重要意義。

合肥市是長(zhǎng)江中下游中秈主產(chǎn)區(qū)之一，也是長(zhǎng)江流域夏季極端高溫頻發(fā)的地區(qū)之一。利用合肥地區(qū)頻發(fā)高溫天氣，研究一種經(jīng)濟(jì)高效的方法對(duì)水稻品種大群體耐高溫性進(jìn)行鑒定十分必要。 鑒于此，筆者利用合肥地區(qū)頻發(fā)高溫天氣進(jìn)行多年大群體耐高溫篩選，在1985—2010年的實(shí)踐的基礎(chǔ)上篩選了大量耐高溫材料和品種，并從中總結(jié)出了一種經(jīng)濟(jì)可行、簡(jiǎn)單高效的水稻耐高溫性鑒定方法，以期為大田耐高溫育種提供參考。

1 氣象資料分析

合肥地區(qū)1985—2010年26年間7月20日—8月20日的氣象資料(表1)顯示，日最高溫度累計(jì)4 d達(dá)到35 ℃以上的年份達(dá)21年，占比超過(guò)80%，其中日最低溫度高于27 ℃且日最高溫度高于35 ℃累計(jì)達(dá)4 d以上的年份為18年，占近70%(表1)。在氣象資料分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整水稻播種期和分期播種的辦法，將待鑒定材料和組合的抽穗期安排在7月20日—8月20日間遇到自然高溫，進(jìn)行耐高溫篩選，因此合肥地區(qū)氣候?yàn)樽匀桓邷丨h(huán)境脅迫進(jìn)行大群體耐高溫水稻品種的篩選提供了天然鑒定環(huán)境。

2 技術(shù)路線與方法

對(duì)鑒定材料(包括低世代育種材料、常規(guī)稻、恢復(fù)系和不育系測(cè)配組合)采取分期播種的方式，同時(shí)播種耐高溫對(duì)照品種，使抽穗開(kāi)花期在7月20日—8月20日，并記錄每日氣溫的最高溫、最低溫及日平均溫度，對(duì)遇到日均溫在32 ℃以上、連續(xù)2 d最低溫度高于27 ℃且最高溫度高于35 ℃高溫脅迫的穗子進(jìn)行標(biāo)記；成熟期考察已標(biāo)記的待鑒定材料穗子和耐高溫對(duì)照品種的穗子結(jié)實(shí)率；選擇結(jié)實(shí)率高于耐高溫對(duì)照品種且結(jié)實(shí)率在73%以上的材料和組合進(jìn)入下1年高溫篩選，同時(shí)結(jié)合材料選育，從低世代開(kāi)始反復(fù)大群體篩選。中選鑒定材料放在模擬大田高溫(27～39 ℃)的人工氣候箱中進(jìn)行，從見(jiàn)穗到齊穗開(kāi)花期為期6 d的高溫驗(yàn)證，確認(rèn)鑒定材料在高溫條件下的耐高溫特性，最終選育出耐高溫親本和組合(圖1)。該設(shè)計(jì)可對(duì)大群體材料的耐高溫定性篩選，通過(guò)多年反復(fù)大群體篩選，同時(shí)對(duì)于中選的鑒定材料進(jìn)行人工氣候箱高溫驗(yàn)證，最終獲得耐高溫性好的組合和材料。

表1 1985—2010年7月20日—8月20日合肥地區(qū)溫度情況統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of temperature situation in Hefei area from July 20 to August 20 in 1985-2010 次

大群體自然高溫篩選。以見(jiàn)穗期日均溫在32 ℃以上、連續(xù)2 d最低溫度高于27 ℃且最高溫度高于35 ℃作為已受到高溫脅迫的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)記，并以標(biāo)記穗子的平均結(jié)實(shí)率作為高溫脅迫條件下的結(jié)實(shí)率，以其他非高溫時(shí)間段的最高結(jié)實(shí)率作為常溫條件下的結(jié)實(shí)率。耐高溫對(duì)照品種處理同上。選擇結(jié)實(shí)率高于耐高溫對(duì)照品種且結(jié)實(shí)率在73%以上的材料為耐高溫性較強(qiáng)的中選材料，進(jìn)入下一年試驗(yàn)。

圖1 耐高溫育種技術(shù)路線Fig.1 Technical route of high-temperature tolerance breeding

人工氣候室耐高溫篩選。每個(gè)品種栽8盆，每盆4株，其中4盆在抽穗期(30%以上稻穗開(kāi)始抽出)放入玻璃溫室進(jìn)行高溫脅迫連續(xù)處理6 d(07:00—09:30,32.5 ℃；09:31—14:00,40.0 ℃；14:01—17:00,36.5 ℃；17:01—21:00,32.0 ℃；21:01—07:00,29.0 ℃)，對(duì)處于高溫處理時(shí)期的稻穗進(jìn)行標(biāo)記；另4盆作為對(duì)照在自然條件下生長(zhǎng)。高溫處理結(jié)束后，所有植株均在自然條件下生長(zhǎng)至成熟。抽穗20 d后，從每個(gè)品種高溫處理(帶有標(biāo)記)和自然生長(zhǎng)的樣本中各取20個(gè)單穗，調(diào)查結(jié)實(shí)率，進(jìn)行耐熱性綜合評(píng)價(jià)。耐高溫對(duì)照品種處理同上。相對(duì)耐熱系數(shù)(HT)=鑒定品種高溫結(jié)實(shí)率/耐熱對(duì)照品種高溫結(jié)實(shí)率，評(píng)判分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 耐高溫性的分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Grading evaluation criterion of high-temperature tolerance

3 結(jié)果與分析

2004年，筆者所在團(tuán)隊(duì)在合肥分期播種水稻育種材料35份編號(hào)QY04-1至QY04-35,分7期播種，每隔6 d播種1期，播種時(shí)間分別為4月20日、4月26日、5月2日、5月8日、5月14日、5月20日、5月26日，試驗(yàn)所用耐高溫對(duì)照品種II優(yōu)838；第1期播種材料遇到7月28—30日高溫，統(tǒng)計(jì)高溫結(jié)實(shí)率，根據(jù)大群體自然高溫篩選方法篩選出QY04-5、QY04-7、QY04-12、QY04-16、QY04-19、QY04-33和QY04-35結(jié)實(shí)率高溫耐高溫對(duì)照品種且結(jié)實(shí)率達(dá)73%以上的7份材料；將篩選出的對(duì)應(yīng)材料在人工氣候室進(jìn)行耐高溫鑒定(表3)。結(jié)果顯示，自然大群體耐高溫篩選的7份材料除了QY04-33耐熱性5級(jí)之外，其余6份材料耐熱性均在3級(jí)以上，達(dá)到較強(qiáng)水平，驗(yàn)證了方法的可行性。同時(shí)，將篩選出的耐高溫材料進(jìn)入下1年大群體自然高溫篩選試驗(yàn)。

目前，筆者所在團(tuán)隊(duì)按照自然大群體耐高溫篩選對(duì)育種材料及組合進(jìn)行耐高溫選育，已選育出YR0822、荃9311A、荃211S、YR1606等耐高溫性強(qiáng)的親本。

表3 大群體自然耐高溫篩選與人工氣候室高溫篩選驗(yàn)證結(jié)果Table 3 Results of large group natural high temperature resistant screening and the high temperature screening verification in artificial climate chamber

2019年通過(guò)該試驗(yàn)方法對(duì)17個(gè)荃兩優(yōu)系列品種進(jìn)行分期播種耐熱性鑒定，2019年7月20日—8月20日合肥日最高溫度達(dá)到35 ℃以上天數(shù)有18 d，7月26—29日連續(xù)4 d低溫超過(guò)27 ℃且高溫達(dá)35 ℃，平均氣溫超過(guò)32 ℃(表4)，耐熱性鑒定結(jié)果(表5)與國(guó)家級(jí)長(zhǎng)江中下游審定品種耐熱性鑒定結(jié)果(表6)比較，結(jié)果顯示除荃兩優(yōu)136外，其余品種鑒定結(jié)果基本一致，達(dá)到極顯著正相關(guān)。其中審定品種耐熱性鑒定中，荃兩優(yōu)絲苗和荃兩優(yōu)532耐熱性級(jí)別1級(jí)，耐熱性強(qiáng)；荃兩優(yōu)2118、荃兩優(yōu)851等14個(gè)品種耐熱性都是3級(jí)，耐熱性較強(qiáng)。育成耐熱品種的比例94.1%。

4 結(jié)論與討論

水稻高溫?zé)岷?duì)我國(guó)的糧食安全特別是水稻的生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的危害，針對(duì)當(dāng)前水稻高溫?zé)岷θ找鎳?yán)重的現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了大量有關(guān)水稻品種耐高溫鑒定方法研究以及水稻耐高溫性品種的篩選工作。例如，趙森等通過(guò)田間分

表4 2019年7-8月合肥高低溫記載 Table 4 Records of high and low temperatures from July to August in 2019℃

表5 荃兩優(yōu)系列品種耐熱性鑒定結(jié)果Table 5 Results of variety heat resistance test of Quanliangyou series

期播種與人工氣候室高溫處理相結(jié)合篩選耐高溫品種；張德文等利用智能溫室高溫脅迫篩選耐高溫水稻品種等。筆者所在團(tuán)隊(duì)分析近30年合肥地區(qū)高溫氣候特點(diǎn)，利用合肥地區(qū)7—8月份的頻發(fā)高溫天氣，通過(guò)調(diào)整水稻播期使抽穗開(kāi)花期遇到日均溫在32 ℃以上、連續(xù)2 d最低溫度高于27 ℃且最高溫度高于35 ℃的自然高溫，進(jìn)行水稻大群體耐高溫性篩選，并通過(guò)人工氣候室進(jìn)行耐高溫驗(yàn)證，篩選出耐高溫的材料和組合。2019年對(duì)近幾年通過(guò)審定的品種進(jìn)行耐熱試驗(yàn)，結(jié)果與區(qū)試耐熱結(jié)果基本吻合，因此通過(guò)自然異常高溫開(kāi)展耐高溫水稻品種大群體篩選的方法所選的材料符合耐高溫要求。經(jīng)過(guò)18年積累，篩選出一批具有耐高溫特性的育種材料和品種，選育出YR1671、荃9311A、荃211S、YR1606等親本，先后審定了以徽兩優(yōu)898為代表徽兩優(yōu)系列組合、荃優(yōu)822為代表的荃優(yōu)系列組合以及荃兩優(yōu)絲苗為代表的荃兩優(yōu)系列組合，耐高溫性較強(qiáng)，單一品種年推廣面積近13.33萬(wàn)hm，未發(fā)生過(guò)因高溫結(jié)實(shí)問(wèn)題而引起的糾紛。

表6 國(guó)家區(qū)試審定荃兩優(yōu)系列品種耐熱鑒定結(jié)果Table 6 Results of variety heat resistance test of Quanliangyou series authorized national regional test

水稻耐高溫品種的選育工作不僅需要研究制定一套完整的耐高溫鑒定體系，還要研究耐高溫遺傳機(jī)理。相關(guān)試驗(yàn)證明水稻耐高溫遺傳是受多基因控制的數(shù)量性狀遺傳。盡管水稻育種學(xué)家已鑒定出眾多水稻耐熱相關(guān)QTL，但是水稻耐熱功能基因的分離克隆還較少，應(yīng)用分子標(biāo)記輔助選擇培育耐熱水稻品種也鮮見(jiàn)成功報(bào)道。因此，克隆鑒定水稻生殖生長(zhǎng)期耐熱性相關(guān)的功能基因?qū)⑹墙窈笏灸蜔嵝匝芯康膫?cè)重點(diǎn)?？寺¤b定目標(biāo)功能基因的同時(shí)，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)水稻耐熱性種質(zhì)資源的篩選和培育研究，進(jìn)一步深入研究其所介導(dǎo)的水稻耐熱性相關(guān)分子機(jī)制，筆者團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)相關(guān)研究，以期為培育耐熱且高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻品種奠定理論基礎(chǔ)。