水稻恢复系R1056的耐热性鉴定及育种应用评价

万丙良等

摘要：采用分期播种结合辅助加热温室设施对水稻恢复系R1056及其杂交稻组合在开花期的高温耐性进行了鉴定，同时对R1056及其杂交稻组合的农艺性状进行了考察评价。结果表明，开花期在38 ℃高温处理下，R1056的结实率、花药开裂率和每朵颖花柱头上的花粉数分别为70.4%、75.5%和78，与耐高温对照N22相当，极显著高于高温敏感材料；R1056配制的杂交稻组合的高温结实率、花药开裂率和每朵颖花柱头上的花粉数介于R1056和高温敏感品种之间。R1056农艺性状优良，配合力好，其配制的杂交稻组合株高较矮、穗数多、产量高。表明R1056不仅是一个优异的耐高温水稻种质材料，而且还是一个优良的三系杂交水稻恢复系。

关键词：水稻；恢复系；高温热害；耐热性

中图分类号：S511；S503.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）04-0753-05

Evaluation of Heat Tolerance and Breeding Application of Rice Restorer Line R1056

WAN Bing-liang1，ZHOU Ya-zhen1，2，ZHA Zhong-ping1，LI Jin-bo1，YIN De-suo1，QI Hua-xiong1

（1.Food Crop Research Institute，Hubei Academy of Agricultural Science / Hubei Key Laboratory of Food Crop Germplasm and Genetic Improvement，Wuhan 430064，China； 2.College of Life Sciences，Wuhan University，Wuhan 430072，China）

Abstract： The combination of interval sowing and green house with auxiliary heating was used to identify the heat tolerance of rice restorer line R1056 and the hybrid combinations from R1056 at flowering stage. The agronomic traits of R1056 and its hybrid combinations were also evaluated. The results showed that under high temperature treatment of 38 ℃ at flowering stage， the seed setting percentage， the anther dehiscence rate and the number of pollens on stigma of R1056 were 70.4%， 75.5% and 78，equivalent to the heat-tolerant variety N22（CK） and were significantly higher than those of heat-sensitive varieties. The hybrid combinations from R1056 were between R1056 and the heat-sensitive varieties. R1056 had excellent agronomic traits with high combining ability. The hybrid combinations from R1056 were characterized by shorter plant height， more spikes and higher yield. The results indicated that R1056 was both an outstanding heat-tolerant germplasm and an excellent restorer line of three-line hybrid rice.

Key words： rice（Oryza sativa L.）； restorer line； high temperature stress； heat tolerance

水稻是中国的主要粮食作物，在国家粮食安全战略中占有主导地位。随着全球气候变暖，中国南方稻区，特别是长江流域7～8月高温热害频发，给水稻生产造成严重的产量损失。2003年整个长江稻作带中稻遭受有史以来最严重的高温热害[1]。7～8月是水稻孕穗开花期，该时期对温度的变化最敏感，其适宜温度为25～30 ℃，当日平均温度≥32 ℃、日最高温度≥35 ℃时，就会造成高温热害，导致颖花不育，结实率下降[2，3]。不容乐观的是，未来高温热害发生的频率还将提高。江敏等[4]根据1951—2005年的气象资料分析预测结果显示，未来30～50年长江流域水稻孕穗开花期遭遇高于35 ℃高温的日数将持续增加。因此未来中国水稻生产遭遇高温热害的风险也将持续增加。

为了应对高温热害对水稻生产的影响，从20世纪70年代起，水稻工作者就开始筛选水稻耐热遗传资源，并已经鉴定出一批耐高温水稻材料，如N22、Bala、T226、996、特青、IRAT118、冷水白、赣香糯等[5-9]。中国水稻研究者对杂交水稻的耐热性给予了更多的关注。沈波等[10]于1992—1995年对收集的630份水稻新品种（组合）的耐热性进行了田间和温室鉴定，鉴定结果表明对高温有耐性的品种（组合）占15.4%，中等耐性的品种（组合）占23.5%，不耐高温的品种（组合）占61.1%。黄义德等[11]对2003年安徽省遭受高温热害的几个主要杂交稻组合的结实率进行了调查，扬两优6号、汕优63、协优63、特优559和金优725的结实率分别为46.9%、42.5%、41.6%、29.5%和28.4%。池忠志等[12]在人工气候箱中对28个杂交稻组合进行了耐热性鉴定，其中5个组合耐高温，10个组合较耐高温，9个组合不耐高温，3个组合对高温敏感，1个组合对高温极敏感。从这些研究结果来看，不同杂交稻对高温耐性存在差异，部分品种（组合）对高温的耐性较好，但大部分品种（组合）对高温敏感，而且在严重的高温胁迫下，即使像汕优63这样较耐高温的杂交稻的结实率也明显下降。因此迫切需要选育耐高温的杂交稻亲本材料，从而培育出耐高温的杂交稻组合。

R1056是湖北省粮食作物种质创新与遗传改良重点实验室选育出的1个水稻细胞质雄性不育恢复系，在自然环境下表现出良好的高温耐性。本研究利用分期播种结合具有人工加热设施的玻璃温室对R1056及其配制的杂交稻组合的耐热性进行了鉴定，同时对其在杂交稻育种中的应用价值进行了评价。

1 材料与方法

1.1 材料及种植方式

供试水稻材料有水稻恢复系R1056及其配制的杂交组合天丰A/R1056、巨风2A/R1056、粤泰A/R1056、内香5A/R1056；对照材料有N22（特异耐热材料）、“9311”（高温敏感材料）、辐恢838（高温敏感材料）以及杂交稻品种扬两优6号（湖北省中稻区域试验对照品种）、Ⅱ优838（国家耐热性鉴定耐热对照品种）。

试验在湖北省农业科学院武汉市南湖试验基地进行，材料分三期（5月1、12、25日）播种，播后25 d进行移栽。试验设盆栽和大田2种试验。盆栽试验在户外盆栽场进行，材料种植在5 L的塑料桶中。每播期每份材料种植6桶，每桶种植3株。孕穗期每株留2～3个大小一致的分蘖，剪掉多余的分蘖。田间试验根据随机区组设计按小区种植，设3次重复。每个小区种植3行，每行种植10株，株行距16.5 cm×19.8 cm。常规田间管理。

水稻开始见穗时，用温度自动记录仪记录开花期的环境温度。在3个播期的材料中，选择开花期的环境温度低于28 ℃（日低温）/35 ℃（日高温）的一期材料进行数据分析。

1.2 高温鉴定

高温鉴定在玻璃温室内进行，玻璃温室具有辅助电加温设施以及可开启的通风窗和排风扇。高温处理时间段为9：00～15：00，设置温度为38 ℃，当室内温度低于设置温度时，通风窗和排风扇关闭，加热设施启动加热；当室内温度高于设置温度时，通风窗和排风扇开启，加热设施关闭；其余时间段通风窗和排风扇开启，室内温度与户外环境温度一致。当试验材料开始开花时，将3桶材料移入温室进行高温处理，另外3桶材料在户外盆栽场作为常温对照。3桶材料中1桶用于考察结实率，2桶用于开裂花药率和花粉数测定。开花结束后移出温室至户外盆栽场直至成熟，考察结实率。

1.3 花药开裂率测定

高温处理第三天10：00～12：00，每个品种（组合）取相同部位30朵已开放的小花，用镊子将颖壳剥掉，在显微镜下直接观察花药开裂情况，计算花药开裂率，其计算公式为：花药开裂率=（开裂花药数/观察花药总数）×100%。

1.4 柱头上花粉数量测定

处理第三天14：00～15：00，取相同部位10 朵当天开放的小花在FAA 液中固定，而后用苯胺蓝染色，借助荧光显微镜观察柱头上花粉粒的数量。

1.5 农艺性状考察

田间种植的材料成熟后，在每个小区中间行取5株进行考种。考种项目包括株高、单株有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒重和单株产量。

2 结果与分析

2.1 开花期环境温度和温室内处理温度

由于温室内没有空调降温设施，室内最低温度只能与室外环境温度一致，因此通过分期播种选择开花期环境温度低于28 ℃（日低温）/35 ℃（日高温）的一组材料的试验数据进行分析。5月1日播种材料的开花期在7月22日至8月6日之间， 5月12日播种材料的开花期在8月3～15日之间，这2个时间段正处于夏季高温时段，绝大多数时间的日高温高于35 ℃（图1、图2），温室内高温处理的温度难以控制在设置的38 ℃左右，实际观察值最高达到41 ℃，因此这两期材料的数据难以达到试验设计要求，不能采用。5月25日播种的材料的开花期在8月22日至9月6日之间，这个时间段的环境温度基本满足低于28 ℃（日低温）/ 35 ℃（日高温）的条件，日高温波动范围为25.0～36.0 ℃，其中只有8月27日1天超过35 ℃，达到36.0 ℃，日低温波动范围为18.2～26.7 ℃（图3）。这一时间段温室内每天的高温处理温度实际观察值为37～39 ℃，符合高温处理要求，为此选择5月25日播种材料的数据进行后续分析。

2.2 高温条件下R1056及其杂交稻组合的结实率

所有测试材料的结实率均受高温影响而极显著下降，但不同材料的下降程度不一致（图4）。其中，R1056和N22在高温环境下的结实率分别为70.4%和72.6%，分别比常温对照降低了18.2和20.0个百分点；“9311”和辐恢838在高温环境下的结实率分别为35.8%和47.2%，分别比常温对照降低了49.4和40.7个百分点。同“9311”和辐恢838相比，R1056与N22具有较强的高温耐性。在杂交稻组合中，R1056配制的4个组合的高温结实率显著或极显著低于R1056的高温结实率，但显著高于扬两优6号的高温结实率，其中3个组合的高温结实率高于Ⅱ优838，但未达到显著水平。

2.3 高温条件下R1056及其杂交稻组合的花药开裂情况

高温导致各材料的花药开裂率极显著减少，但对不同的材料影响程度不一样（图5）。R1056和N22在高温环境下仍有较多的开裂花药，花药开裂率在70%以上，分别为75.5%和80.2%， 而其他材料在高温环境下的花药开裂率均不高于40%。在杂交稻组合中，R1056配制的4个杂交稻组合和Ⅱ优838在高温环境下的花药开裂率相对较高，在30%以上，扬两优6号的花药开裂率只有27.6%。高温结实率与高温环境下的花药开裂率呈极显著线性相关（图6），说明高温胁迫下花药开裂率下降是影响水稻结实的直接原因之一。

2.4 高温条件下R1056及其杂交稻组合的每朵颖花柱头上的花粉数

同开裂花药受高温影响而减少一致，每朵颖花柱头上的花粉数也受高温影响而极显著降低。同其他材料相比，在高温胁迫下，R1056和N22每朵颖花柱头上的花粉数较高，分别为78和80， R1056配制的4个杂交稻组合和Ⅱ优838每朵颖花柱头上的花粉数为40～61，其余3个材料每朵颖花柱头上的花粉数在40以下（图7）。在高温环境下，每朵颖花柱头上的花粉数与花药开裂率呈极显著线性相关（图8），结实率与每朵颖花柱头上的花粉数呈极显著线性相关（图9）。

2.5 R1056及其杂交稻组合的农艺性状

R1056的农艺性状明显优于N22（表1）。R1056株型松散适中，叶片挺直，株高105.2 cm，单株穗数11.2个，每穗粒数152，千粒重27.3 g，稻米外观优，且配合力较好，可直接用于配制杂交稻组合。N22株高143.8 cm，茎秆细，易倒伏，穗粒数少，千粒重低，难以直接用于杂交稻育种。R1056配制的杂交稻组合也表现出优良的农艺性状和较强的产量优势。农艺性状调查结果（表2）表明，R1056配制的4个杂交稻组合株高111.6～119.2 cm，单株穗数9.8～13.0，结实率90%以上。与对照扬两优6号相比，巨风2A/R1056的单株产量显著降低，其余3个组合的单株产量与扬两优6号无显著差异；与对照Ⅱ优838相比，巨风2A/R1056的单株产量与Ⅱ优838无显著差异，其余3个组合均增产，其中内香5A/R1056和天丰A/R1056均比对照显著或极显著增产。

3 小结与讨论

培育耐高温水稻品种是防止水稻遭受高温危害最有效的策略，筛选鉴定耐高温种质是培育耐高温水稻品种的基础。本研究对水稻恢复系R1056及其杂交稻组合的高温鉴定和农艺性状考察结果表明，R1056开花期对高温耐性强，农艺性状优、配合力好，既可以作为耐高温种质用于耐高温水稻品种的选育，也可以作为恢复系直接用于配制耐高温杂交稻组合。

尽管水稻的高温热害受到水稻遗传育种家的高度重视，但水稻品种的耐热改良进展仍较缓慢，其主要原因之一是可供育种利用的耐热遗传资源较少。N22是一个来自印度的特异耐高温水稻材料，高温耐性强，但农艺性状较差，难以在水稻育种中被有效利用[5，13]。R1056的高温耐性与N22相当，二者的高温结实率分别为70.4%和72.6%，无显著差异。R1056的综合农艺性状明显优于N22，株叶形态好，株高较矮，有效穗数多，中等大小穗，稻米外观品质较优。另外，R1056还是一个细胞质雄性不育恢复系，可以直接用于配制杂交稻组合，并且R1056配制的杂交稻组合也具有较好的高温耐性，它们在高温环境下的结实率、花药开裂率等指标均优于扬两优6号，有的组合甚至优于耐热杂交稻组合Ⅱ优838。R1056还表现出较强的配合力，其配制的4个杂交稻组合中有3个组合的单株产量比Ⅱ优838增加5%以上，与湖北省中稻区域试验对照品种扬两优6号单株产量保持相当。因此，R1056不仅是一个优良的耐高温水稻种质材料，而且还是一个优良的杂交水稻亲本材料。

水稻减数分裂期和开花期对高温最为敏感，这2个时期遭遇高温胁迫会导致水稻结实率下降。大量研究结果表明，花药不开裂、柱头上花粉数量减少、花粉萌发率下降是高温导致的颖花不育的直接原因[3，4]。Rang等[3]研究了开花期高温对水稻花粉萌发和颖花育性的影响，发现高温敏感品种Moroberekan的开裂花药、散落在柱头上的花粉数和柱头上的萌发花粉数显著减少，最终导致颖花育性显著降低，而耐高温品种N22在高温胁迫下保持了较高的开裂花药数、散落在柱头上的花粉数和柱头上的萌发花粉数，颖花育性较高。本研究同样发现在高温胁迫下，R1056和N22的花药开裂率、每朵颖花柱头上的花粉数均极显著高于“9311”等高温敏感材料。高温胁迫环境下，结实率与花药开裂率、每朵颖花柱头上的花粉数呈线性相关，每朵颖花柱头上的花粉数和花药开裂率呈线性相关。说明在高温胁迫下R1056具有数量较多的开裂花药以及柱头散落有较多的花粉是其产生高温耐性的生理基础。

水稻耐高温研究进展缓慢的另一个重要原因是耐高温性状鉴定困难。目前耐高温性状的鉴定方法主要有人工气候箱鉴定、田间自然高温鉴定和普通温室鉴定[14-16]。人工气候箱只能鉴定少量材料，不能用来鉴定大育种群体；田间自然鉴定存在温度的不确定性，即使采取分期播种措施，在温度偏低的年份仍不能满足高温需要；普通温室内温湿度环境难以精确控制。本研究将分期播种和人工辅助加热温室相结合用于水稻的耐高温鉴定，既解决了环境温度低于高温胁迫温度的问题，又保证了常温处理的需要。该鉴定方法可基本满足耐高温水稻育种材料鉴定的需要。

参考文献：

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2.5 R1056及其杂交稻组合的农艺性状

R1056的农艺性状明显优于N22（表1）。R1056株型松散适中，叶片挺直，株高105.2 cm，单株穗数11.2个，每穗粒数152，千粒重27.3 g，稻米外观优，且配合力较好，可直接用于配制杂交稻组合。N22株高143.8 cm，茎秆细，易倒伏，穗粒数少，千粒重低，难以直接用于杂交稻育种。R1056配制的杂交稻组合也表现出优良的农艺性状和较强的产量优势。农艺性状调查结果（表2）表明，R1056配制的4个杂交稻组合株高111.6～119.2 cm，单株穗数9.8～13.0，结实率90%以上。与对照扬两优6号相比，巨风2A/R1056的单株产量显著降低，其余3个组合的单株产量与扬两优6号无显著差异；与对照Ⅱ优838相比，巨风2A/R1056的单株产量与Ⅱ优838无显著差异，其余3个组合均增产，其中内香5A/R1056和天丰A/R1056均比对照显著或极显著增产。

3 小结与讨论

培育耐高温水稻品种是防止水稻遭受高温危害最有效的策略，筛选鉴定耐高温种质是培育耐高温水稻品种的基础。本研究对水稻恢复系R1056及其杂交稻组合的高温鉴定和农艺性状考察结果表明，R1056开花期对高温耐性强，农艺性状优、配合力好，既可以作为耐高温种质用于耐高温水稻品种的选育，也可以作为恢复系直接用于配制耐高温杂交稻组合。

尽管水稻的高温热害受到水稻遗传育种家的高度重视，但水稻品种的耐热改良进展仍较缓慢，其主要原因之一是可供育种利用的耐热遗传资源较少。N22是一个来自印度的特异耐高温水稻材料，高温耐性强，但农艺性状较差，难以在水稻育种中被有效利用[5，13]。R1056的高温耐性与N22相当，二者的高温结实率分别为70.4%和72.6%，无显著差异。R1056的综合农艺性状明显优于N22，株叶形态好，株高较矮，有效穗数多，中等大小穗，稻米外观品质较优。另外，R1056还是一个细胞质雄性不育恢复系，可以直接用于配制杂交稻组合，并且R1056配制的杂交稻组合也具有较好的高温耐性，它们在高温环境下的结实率、花药开裂率等指标均优于扬两优6号，有的组合甚至优于耐热杂交稻组合Ⅱ优838。R1056还表现出较强的配合力，其配制的4个杂交稻组合中有3个组合的单株产量比Ⅱ优838增加5%以上，与湖北省中稻区域试验对照品种扬两优6号单株产量保持相当。因此，R1056不仅是一个优良的耐高温水稻种质材料，而且还是一个优良的杂交水稻亲本材料。

水稻减数分裂期和开花期对高温最为敏感，这2个时期遭遇高温胁迫会导致水稻结实率下降。大量研究结果表明，花药不开裂、柱头上花粉数量减少、花粉萌发率下降是高温导致的颖花不育的直接原因[3，4]。Rang等[3]研究了开花期高温对水稻花粉萌发和颖花育性的影响，发现高温敏感品种Moroberekan的开裂花药、散落在柱头上的花粉数和柱头上的萌发花粉数显著减少，最终导致颖花育性显著降低，而耐高温品种N22在高温胁迫下保持了较高的开裂花药数、散落在柱头上的花粉数和柱头上的萌发花粉数，颖花育性较高。本研究同样发现在高温胁迫下，R1056和N22的花药开裂率、每朵颖花柱头上的花粉数均极显著高于“9311”等高温敏感材料。高温胁迫环境下，结实率与花药开裂率、每朵颖花柱头上的花粉数呈线性相关，每朵颖花柱头上的花粉数和花药开裂率呈线性相关。说明在高温胁迫下R1056具有数量较多的开裂花药以及柱头散落有较多的花粉是其产生高温耐性的生理基础。

水稻耐高温研究进展缓慢的另一个重要原因是耐高温性状鉴定困难。目前耐高温性状的鉴定方法主要有人工气候箱鉴定、田间自然高温鉴定和普通温室鉴定[14-16]。人工气候箱只能鉴定少量材料，不能用来鉴定大育种群体；田间自然鉴定存在温度的不确定性，即使采取分期播种措施，在温度偏低的年份仍不能满足高温需要；普通温室内温湿度环境难以精确控制。本研究将分期播种和人工辅助加热温室相结合用于水稻的耐高温鉴定，既解决了环境温度低于高温胁迫温度的问题，又保证了常温处理的需要。该鉴定方法可基本满足耐高温水稻育种材料鉴定的需要。

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[16] 孟丽君，马秀芳，唐志强，等.粳稻超优1号背景回交导入系的耐热性筛选与评价[J].作物学报，2012，38（11）：1949-1959.

2.5 R1056及其杂交稻组合的农艺性状

R1056的农艺性状明显优于N22（表1）。R1056株型松散适中，叶片挺直，株高105.2 cm，单株穗数11.2个，每穗粒数152，千粒重27.3 g，稻米外观优，且配合力较好，可直接用于配制杂交稻组合。N22株高143.8 cm，茎秆细，易倒伏，穗粒数少，千粒重低，难以直接用于杂交稻育种。R1056配制的杂交稻组合也表现出优良的农艺性状和较强的产量优势。农艺性状调查结果（表2）表明，R1056配制的4个杂交稻组合株高111.6～119.2 cm，单株穗数9.8～13.0，结实率90%以上。与对照扬两优6号相比，巨风2A/R1056的单株产量显著降低，其余3个组合的单株产量与扬两优6号无显著差异；与对照Ⅱ优838相比，巨风2A/R1056的单株产量与Ⅱ优838无显著差异，其余3个组合均增产，其中内香5A/R1056和天丰A/R1056均比对照显著或极显著增产。

3 小结与讨论

培育耐高温水稻品种是防止水稻遭受高温危害最有效的策略，筛选鉴定耐高温种质是培育耐高温水稻品种的基础。本研究对水稻恢复系R1056及其杂交稻组合的高温鉴定和农艺性状考察结果表明，R1056开花期对高温耐性强，农艺性状优、配合力好，既可以作为耐高温种质用于耐高温水稻品种的选育，也可以作为恢复系直接用于配制耐高温杂交稻组合。

尽管水稻的高温热害受到水稻遗传育种家的高度重视，但水稻品种的耐热改良进展仍较缓慢，其主要原因之一是可供育种利用的耐热遗传资源较少。N22是一个来自印度的特异耐高温水稻材料，高温耐性强，但农艺性状较差，难以在水稻育种中被有效利用[5，13]。R1056的高温耐性与N22相当，二者的高温结实率分别为70.4%和72.6%，无显著差异。R1056的综合农艺性状明显优于N22，株叶形态好，株高较矮，有效穗数多，中等大小穗，稻米外观品质较优。另外，R1056还是一个细胞质雄性不育恢复系，可以直接用于配制杂交稻组合，并且R1056配制的杂交稻组合也具有较好的高温耐性，它们在高温环境下的结实率、花药开裂率等指标均优于扬两优6号，有的组合甚至优于耐热杂交稻组合Ⅱ优838。R1056还表现出较强的配合力，其配制的4个杂交稻组合中有3个组合的单株产量比Ⅱ优838增加5%以上，与湖北省中稻区域试验对照品种扬两优6号单株产量保持相当。因此，R1056不仅是一个优良的耐高温水稻种质材料，而且还是一个优良的杂交水稻亲本材料。

水稻减数分裂期和开花期对高温最为敏感，这2个时期遭遇高温胁迫会导致水稻结实率下降。大量研究结果表明，花药不开裂、柱头上花粉数量减少、花粉萌发率下降是高温导致的颖花不育的直接原因[3，4]。Rang等[3]研究了开花期高温对水稻花粉萌发和颖花育性的影响，发现高温敏感品种Moroberekan的开裂花药、散落在柱头上的花粉数和柱头上的萌发花粉数显著减少，最终导致颖花育性显著降低，而耐高温品种N22在高温胁迫下保持了较高的开裂花药数、散落在柱头上的花粉数和柱头上的萌发花粉数，颖花育性较高。本研究同样发现在高温胁迫下，R1056和N22的花药开裂率、每朵颖花柱头上的花粉数均极显著高于“9311”等高温敏感材料。高温胁迫环境下，结实率与花药开裂率、每朵颖花柱头上的花粉数呈线性相关，每朵颖花柱头上的花粉数和花药开裂率呈线性相关。说明在高温胁迫下R1056具有数量较多的开裂花药以及柱头散落有较多的花粉是其产生高温耐性的生理基础。

水稻耐高温研究进展缓慢的另一个重要原因是耐高温性状鉴定困难。目前耐高温性状的鉴定方法主要有人工气候箱鉴定、田间自然高温鉴定和普通温室鉴定[14-16]。人工气候箱只能鉴定少量材料，不能用来鉴定大育种群体；田间自然鉴定存在温度的不确定性，即使采取分期播种措施，在温度偏低的年份仍不能满足高温需要；普通温室内温湿度环境难以精确控制。本研究将分期播种和人工辅助加热温室相结合用于水稻的耐高温鉴定，既解决了环境温度低于高温胁迫温度的问题，又保证了常温处理的需要。该鉴定方法可基本满足耐高温水稻育种材料鉴定的需要。

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