水稻不同生长时期耐寒性鉴定

水稻不同生长时期耐寒性鉴定
刘静妍,苏京平,闫双勇,李军玲,孙
玥
(天津市农作物研究所,天津市农作物遗传育种重点实验室,天津300384)
摘
要:为探究低温寒害对水稻不同生长时期(萌发期、芽期及苗期)植株生长的影响,以包括东北主栽品种龙粳
31在内的5个水稻品种及2个自育水稻品系为试验材料,通过低温发芽率、芽期及苗期的低温存活率于实验室进行耐寒性鉴定,并于佳木斯进行3个播期的田间出苗耐寒试验,统计播种后21、28、35d 的出苗率。

结果表明,与对照品种龙粳31相比,丽粳10号、兴国、紧码京租、牡丹江3号及bd02在萌发期均具有更高的耐寒性;丽粳10号、
bd02、兴国及牡丹江3号在芽期均具有更高的耐寒性;而苗期耐寒性方面,bd02优于龙粳31。

综合3个指标分析,bd02在萌发期、芽期及苗期的耐寒性均优于龙粳31。

田间试验结果显示,bd02的出苗率显著高于龙粳31。

综合实验室及田间结果,bd02在萌发期、芽期及苗期的耐寒性均优于龙粳31,bd01在萌发期和芽期对低温敏感,丽粳10号在苗期对低温敏感。

关键词:水稻;耐寒性鉴定;萌发期;芽期;苗期中图分类号:S511;S332.5
文献标识码:A
文章编号:1002-2481(2021)10-1158-04
Ident i f i cat i on of R i ce C ol d T ol erance at D i f f erent G row t h St ages
LI U Ji ngyan ,SU J i ngpi ng ,Y A N Shuangyong ,LIJ unl i ng ,SU N Y ue
(Ti anj i n Cr op R es ear ch I nst i t ut e ,Ti anj i n K ey Labor at or y ofCr op G enet i cs and B r eedi ng ,Ti anj i n 300384,C hi na )
A bst ract :To expl or e t he ef f ect s ofl ow t em per at ur e col d i nj ur y on pl antgr owt h i n di f f er entgr owt h s t ages (ger m i nat i on st age,bud s t age and seedl i ng s t age )ofr i ce,f i ve r i ce var i et i es i ncl udi ng nor t heastm ai n var i et y Longj i ng 31and t w o sel fbr ed r i ce l i nes wer e used as exper i m ent alm at er i al s t o i dent i f y t he col d t ol er ance t hr ough l ow t em per at ur e ger m i nat i on r at e,l ow t em per at ur e s ur vi valr at e i n bud s t age and s eedl i ng s t age.The col d t ol er ance exper i m entoff i el d em er gence w as car r i ed outi n J i am us iatt hr ee sowi ng dat es ,and t he em er gence r at es at21,28,35d af t er sowi ng w er e count ed.The r es ul t s s howed t hatcom par ed w i t h Longj i ng 31,Li j i ng 10,X i ngguo,J i nm aj i ngz u,M udanj i ang 3and bd02had hi gher col d t ol er ance at ger m i nat i on s t age.Li j i ng 10,bd02,X i ngguo and M udanj i ang 3had hi gher col d t ol er ance atbud s t age,and bd02was bet t ert han Longj i ng 31atseedl i ng s t age.The r es ul t s show ed t hatbd02was bet t ert han Longj i ng 31i n col d t ol er ance atger m i nat i on s t age,bud s t age and seedl i ng s t age.The r esul t s oft hr ee s ow i ng t i m es s howed t hatt he em er gence r at e of bd02w as s i gni f i cant l y hi gher t han t hat of Longj i ng pr ehens i ve l abor at or y and f i el d r es ul t s show ed t hat bd02w as bet t er t han Longj i ng 31i n col d t ol er ance atger m i nat i on st age,bud s t age and seedl i ng st age.bd01w as chi l l i ng s ens i t i ve atger m i nat i on st age and bud s t age,and Li j i ng 10was chi l l i ng s ens i t i ve ats eedl i ng st age.
K ey w ords :r i ce;col d t ol er ance i dent i f i cat i on;ger m i nat i on st age;bud st age;seedl i ng s t age
收稿日期:2021-03-23
基金项目:天津市自然科学基金面上项目(19J C Y B J C29500);天津市农业科学院青年科研人员创新研究与实验项目(2019001);国家体系天津
试验站(CA R S-01-49)
作者简介:刘静妍(1986-),女,天津人,副研究员,博士,主要从事水稻遗传育种研究工作。

孙
玥为通信作者。

doi :10.3969/j .i ss n.1002-2481.2021.10.04
水稻(O r yz a sat i va L.)原产于我国,是世界范围内重要的粮食作物之一。

随着世界人口的不断增加,耕地面积逐渐减少,如何提高粮食产量及品质已成为备受瞩目的研究课题。

水稻作为我国最重要的粮食作物,产量居粮食作物首位,播种面积占粮食作物总面积的1/3。

水稻是喜温作物,在温带地区驯化,对低温十分敏感[1-2]。

有研究表明,低温寒害会降低水稻出苗率,影响秧苗生长,是限制我国中高纬度地区水稻高产和稳产的关键因子[3-4]。

低温寒害
作为主要逆境胁迫,对水稻的各个时期尤其是芽苗期生长均产生严重影响,是我国稻作生产中的主要限制因子[5-6]。

严重的低温寒害可导致东北粳稻主产区年产量平均减产50亿~100亿kg ,约占正常年总产的20%。

水稻抽穗扬花期遭遇低温会降低水稻结实率,严重影响稻米的营养品质[7]。

随着农村人口老龄化问题日益严重,水稻轻简化栽培方式的推广,直播已成为水稻生产的必然发展趋势[8-9]。

目前面临最大的问题之一是芽苗期水稻耐冷性较差,极
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大限制水稻直播时期[2,8,10],且对水稻响应低温胁迫机制的研究多是从生理生化的角度解释,对于水稻响应低温信号途径的关键基因定位及克隆还不是很多。

已克隆的水稻低温相关基因包括C O LD1[10]、Ct b1[11]、bZI P73[12-13]、O s M A D S57[14]、O s C N G C9[15]及O s-SA P16[16-17]等,分别在萌发期、幼苗期及孕穗期起作用[7]。

然而这些基因尚不能构建详细的水稻低温信号调控网络,且能用于实际生产育种的基因资源非常欠缺,仍有大量水稻低温相关基因未被克隆。

因此,筛选鉴定耐冷优异种质和基因资源[18-19],对培育耐寒新品种、推广水稻直播面积、保障粮食安全具有重要的理论和现实意义。

本研究以7个水稻材料为研究对象,以低温萌发率、芽期低温成苗率及苗期低温存活率作为指标,分析各材料不同时期的耐寒性,同时在佳木斯地区4月份进行3期直播试验,根据田间出苗率评价各个材料的耐寒性,旨在为耐寒品种选育提供种质资源,为水稻耐寒机制解析提供新的研究材料。

1材料和方法
1.1试验材料
供试材料为5个水稻品种(牡丹江3号(m dj3)、兴国(xg)、丽粳10号(l j10)、紧码京租(j m j z)、龙粳31(l j31,对照品种))和2个自育水稻品系(bd01和bd02),均为天津市农作物研究所杂粳中心保存的水稻资源。

1.2试验方法
1.2.1萌发期耐寒性分析每份材料选取50粒饱满健康的种子,放置于带有滤纸的培养皿中进行发芽试验,每皿加入8m L无菌水充分润湿,将培养皿放置于12℃光照培养箱中,光照设置为12h光照/ 12h黑暗。

以种子胚根突破种皮为萌发标准,统计每天的种子萌发数。

1.2.2芽期耐寒性分析每份材料挑选50粒饱满健康种子,放置于垫滤纸的培养皿中,浸种2d后,在28℃植物培养箱内催芽。

待芽长至5m m左右时,取出置于4℃低温培养箱内,处理8d,光照设置为12h光照/12h黑暗。

处理结束后,将培养皿置于28℃的光照培养箱恢复生长,放置7d后,调查成活苗数,并计算成苗率。

成苗率=成活苗数/出芽总数×100%(1) 1.2.3苗期耐寒性分析每份材料挑选50粒饱满健康种子,浸种2d后,放置于放有水稻土的小花盆中,在28℃植物培养箱培养。

生长14d左右,待
幼苗长至二叶一心期置于4℃低温培养箱低温处理,光照设置为12h光照/12h黑暗。

约48h后置于28℃的光照培养箱恢复生长。

放置7d后,调查成活苗数,并计算存活率。

存活率=存活苗数/出苗总数×100%(2) 1.2.4田间低温出苗率分析于东北佳木斯对7个品种进行田间出苗统计。

每个材料播种100粒健康种子于秧田中,设置3个重复,每7d播种一批,分别于播后第21、28、35天记录出苗数,统计出苗率。

出苗率=出苗数/播种总数×100%(3) 1.3数据分析
试验数据采用Excel进行分析及图表绘制,并采用T检验法进行显著性分析。

2结果与分析
2.17种水稻材料低温萌发率鉴定
由图1可知,丽粳10号在低温处理第5天开始萌发,时间远早于其他材料,且萌发速度很快,到第11天萌发率到达顶峰(97.3%),后面为平台期。

说明这个品种在萌发阶段对低温的耐受性明显好于其他品种。

其他品种低温耐受性由高至低依次为兴国(萌发率94.7%)、紧码京租(萌发率82%)、牡丹江3号(萌发率60.7%)、bd02(萌发率60.7%,速率较慢)、龙粳31(萌发率24.7%)、bd01(萌发率14.7%)。

龙粳31为东北主栽品种,耐寒性较好,本研究中5个材料的耐寒性均好于龙粳31。

2.27种水稻材料芽期耐寒性鉴定
低温耐寒性指标众多,为了更全面地评价材料的耐寒性,本研究对不同材料进行低温胁迫下芽期耐寒性表型分析,结果表明(图2),成苗率最高的是丽粳10号,达到99.3%,其次是自育水稻品系bd02 (92.0%)。

因此,丽粳10号和bd02是芽期耐寒性较好的品种;其次较耐寒的品种有兴国(91.9%)和牡
丹江3号(91.0%);以上4种材料的低温成苗率均显著高于龙粳31(90.1%)(P<0.01)。

紧码京租及
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山西农业科学2021年第49卷第10期
bd01则相对龙粳31芽期不耐寒。

2.37种水稻材料苗期耐寒性鉴定
在实际生产过程中,水稻幼苗期也是容易遭受低温寒害的重要时期,因此,本研究对上述材料的苗期耐寒性在实验室进行评价。

由图3可知,bd02和龙粳31的苗期耐寒性较佳,存活率分别为88.1%
和84.9%,其次是牡丹江3号和bd01,分别为72.5%和66.9%,另外3个材料则显著低于前面4个材料(P<0.001),存活率均低于50%。

2.4大田不同播期对水稻出苗率的影响
为了更准确评估7种材料的耐寒性,本研究将7种材料在佳木斯地区进行田间出苗率鉴定,来评估实际生产的耐寒性。

当地直播时间一般在5月初左右,本研究将始播期定为2020年4月16日。

当地温度4月16日至5月22日最低温度为-5℃,最高温度为25℃,相对于当地水稻出苗及生长均为较低温度(图4)。

结果显示,7个材料随时间推移及温度升高,出苗率均有不同程度提高,与对照龙粳31相比,bd02在第3期播后21、28、35d的出苗率均显著升高,分别达到了77.0%、79.0%和93.5%,对照龙粳31则分别是57.0%、60.3%和64.0%,证明bd02耐寒性高于龙粳31(图4)。

第3期播种的bd02出苗率在播后21、28、35d均显著高于对照龙粳31(P<0.05),而第1、2期播种的bd02出苗率则在某些时间点与龙粳31间差异不显著,证明水稻出苗率与播期及温度有很大相关性,较合适的播期为4月下旬。

值得注意的是,丽粳10号在第2期出现较明显的出苗率下降,这可能和第2期播种时遇到突发寒潮,温度降至-5℃有关,而牡丹江3号、龙粳31等材料则对这一温度下降反应不明显,也可在一定程度说明材料对温度的敏感性。

3结论与讨论
在实验室模拟逆境环境筛选耐逆材料具有变量单一、环境稳定、方便操作等优点,而缺点则是不能完全模拟田间复杂多变的自然环境。

傅丹桂等[20]研究表明,几个不同水稻品种在人工气候室内18℃低温发芽14d的种子萌发率与田间低温出苗率具有显著正相关。

曹栋栋等[21]研究表明,在实验室18
℃1160
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发芽4~5d及15℃发芽5~7d的部分早稻种子
萌发率与田间低温出苗率具有显著正相关,这些都
说明在实验室模拟田间低温筛选材料具有很好的
可行性。

本研究在实验室以较严格的12℃低温作
为筛选条件进行水稻萌发期耐寒材料筛选,以东北
稻区主栽品种龙粳31为对照,发现丽粳10号、兴国、
紧码京租、牡丹江3号、bd02均显著高于龙粳31。

已有研究表明,播种时期不同会对作物产量造成很
大影响[22-23]。

本研究将田间耐寒鉴定试验设置在东北地区水稻主要种植区佳木斯,自4月16日起每
7d播种一期,第1期播种时间比正常佳木斯田间
直播时间早21d左右。

3个播期直播试验表明,
bd02出苗率显著高于龙粳31,与实验室得到的结
果一致;而其他4个耐低温材料在田间筛选中则与
龙粳31没有显著差异,暗示可能具有其他复杂的
环境因子影响其他4个水稻材料的低温种子活力,
也说明实验室筛选的材料在实际应用中需要进行
进一步表型鉴定,来确定其是否具有实际应用价
值。

本研究结果表明,耐寒性表型在同一种材料的
不同时期有很大差异,比如紧码京租的耐寒性在萌
发期较好,而在芽期则表现一般。

这说明仅用一个
时期的一种耐寒指标作为材料耐寒性鉴定可能不
具有准确性,且大田环境更为复杂。

因此,筛选更多
抗性材料,克隆耐寒基因并解析分子机制,是下一
步的研究重点。

本研究通过对7个水稻材料的萌发期、芽期及
苗期耐寒性鉴定发现,自育品系bd02在3个时期
耐寒性均高于对照品种龙粳31,在佳木斯当地田
间直播试验中,bd02低温出苗率显著高于龙粳31,
可作为耐寒种质,用于耐寒品种水稻选育。

后续将
进一步对该材料的耐寒性分子机制进行研究,以期
获得水稻耐寒相关调控基因。

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