水稻高代回交导入系优良株系抽穗扬花期耐冷性鉴定

刘广林　陈传华　李虎　罗群昌　陈远孟

摘要：【目的】從水稻高代回交导入系优良株系中筛选在抽穗扬花期耐冷性强或极强的株系，为抽穗扬花期耐冷水稻品种的育成打下基础。【方法】利用人工气候室控制的低温条件，测定146份水稻高代回交导入系优良株系在抽穗扬花期经平均温度18 ℃低温连续处理5 d后的结实率，以相对结实率为鉴定指标进行耐冷性评价。【结果】从146份高代回交导入系优良株系中鉴定出在抽穗扬花期耐冷性极强（1级）、强（3级）、中（5级）和弱（7级）的株系材料分别有3、19、89和35份，分别占供试株系材料的2.06%、13.01%、60.96%和23.97%，无耐冷性极弱（9级）的株系材料。供试材料中，以籼稻优异种质为供体的高代回交导入系材料蕴含更多抽穗扬花期耐冷基因，以桂649为背景的株系材料耐冷性强于以测253为背景的株系材料，以中农127、中农128、中农139、中农143、中农145和中农146为供体的高代回交导入系出现耐冷性强或极强株系材料的频率较高。【结论】筛选出22份具有强恢复系遗传背景且耐冷性强或极强的优良株系，可作为优良耐冷亲本在水稻耐冷育种中应用。

关键词： 水稻；耐冷性；高代回交导入系；鉴定

中图分类号： S511.03 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2017）01-0009-05

Abstract：【Objective】The strains with strong or very strong cold tolerance at heading and flowering stage was screened out from elite rice strains of advanced backcrossing introgression lines to lay a foundation for breeding rice varieties with cold tolerance at heading and flowering stage. 【Method】Seed-setting rate of 146 elite rice strains of advanced backcrossing introgression lines， which were continuously treated for five days under low temperature of 18℃ at heading and flowering stage， were detected in phytotron. The relative seed-setting rate was the identification index for cold tolerance evaluation. 【Result】Among 146 elite strains of advanced backcrossing introgression lines at heading and flowering stage， there were three strains of very strong cold tolerance（grade 1） which accounted for 2.06% of the total materials， 19 strains of strong cold tolerance（grade 3） which accounted for 13.01% of the total materials， 89 strains of moderate cold tolerance（grade 5） which accounted for 60.96% of the total materials， 35 strains of weak cold tolerance（grade 7） which accounted for 23.97% of the total materials. No strain of very weak cold tolerance（grade 9） was detected. The advanced backcrossing introgression lines with indica germplasm as donor in the test material contained more cold tolerance genes at heading and flowering stage. The plant strains with Gui 649 background were stronger in cold tolerance than the plant strains with Ce 253 background. The frequency appeared in plant strains with strong or very strong cold tolerance was high among the advanced backcrossing introgression lines with donors of Zhongnong 127， Zhongnong 128， Zhongnong 139， Zhongnong 143， Zhongnong 145 and Zhongnong 146. 【Conclusion】Twenty-two strains with strong restorer genetic background and strong or very strong cold tolerance are screened out， which can be used as cold tolerant parents in rice cold tolerance breeding.

Key words： rice； cold tolerance； advanced backcross introgression lines； identification

0 引言

【研究意义】水稻属冷敏感型作物，我国每年因低温损失的稻谷达30亿～50亿kg（金铭路等，2009）。广西双季稻区在晚稻生产中常于抽穗扬花期遭受寒露风低温天气为害，造成水稻受精、灌浆受阻，导致空秕率增加、产量降低甚至失收（何燕和高永珍，1998）。自2006年以来，寒露风来得早、强度大、次数多，致使广西水稻生产遭受严重损失（王庆国等，2013），对晚稻的安全生产造成严重威胁。为了克服低温对水稻生产的不利影响，除采取栽培措施外，选用耐冷品种是减轻低温危害最经济有效的措施（刘广林等，2013；林洪鑫等，2016）。本课题组于2006年参加了农业部“948”计划项目“农作物有利隐蔽基因高效挖掘技术平台的引进、完善与创新”水稻子课题之“水稻回交导入系的构建与种质资源有利基因的高效发掘”，经过多年研究与选择，获得了一批综合农艺性状优良、蕴藏有利基因且具有广西生态区优秀恢复系遗传背景的高代回交导入系材料，对这些材料开展抽穗扬花期耐冷性筛选鉴定，从中发掘在抽穗扬花期具有强耐冷性且有优秀恢复系遗传背景的优良株系，可为水稻耐冷育种及研究积累材料。【前人研究进展】刘广林等（2013）利用人工气候室创造的低温条件对82份水稻种质材料进行抽穗扬花期耐冷性鉴定评价，筛选出耐冷性强和极强的种质材料21份，可作为水稻耐冷育种的优良亲本。夏秀忠等（2014）对209份广西地方稻种资源核心种质进行芽期和苗期耐冷性鉴定及相关性分析，结果表明，在芽期、苗期耐冷性达1级的品种数分别为17和15份，为水稻抗寒育种提供了新的种质资源。马增凤等（2015）利用早春自然低温条件对36份亲本材料及68个杂交组合的423份材料进行苗期耐冷性初步鉴定评价，鉴定出1级强耐冷材料61份，其中亲本材料10份，含普通野生稻血缘的杂交组合后代33份，含IRBB5组合衍生后代15份，含BPHR96组合衍生后代3份，表明利用强耐冷的普通野生稻资源和耐冷的籼粳稻品种杂交是选育耐冷水稻品种的途径之一。覃宝祥等（2015）采用人工低温胁迫方法对20份苗期耐冷的普通野生稻染色体片段代换系进行孕穗期耐冷性鉴定评价，鉴定出的2份抗性3级材料既可作为苗期耐冷性抗源，又可作为孕穗期耐寒性抗源。曾研华等（2015）对甬优系列杂交稻组合等品种进行开花期耐冷性评价，鉴定出甬优538、浙粳88、甬优10号、甬优6号和甬优15号为耐冷型品种。【本研究切入点】广西晚稻以抽穗扬花期受寒露风低温危害的概率最高，受害最重（何燕和高永珍，1998），但至今尚无在抽穗扬花期具有强耐冷性品种育成的报道。【拟解决的关键问题】对具有广西生态区优秀恢复系遗传背景的水稻高代回交导入系材料开展抽穗扬花期耐冷性鉴定，筛选出耐冷性强的优良株系，为抽穗扬花期耐冷水稻品种的育成打下基础。

1 材料与方法

1. 1 供试材料

试验材料为本课题组在实施“水稻回交导入系的构建与种质资源有利基因的高效发掘”项目过程中优选出的146份以从中国农业科学院作物科学研究所引进的19份优异种质为供体、广西优良恢复系测253和桂649为轮回亲本的综合农艺性状优良、蕴藏有利基因且具有广西生态区优秀恢复系遗传背景的BC2F5代材料，其中以测253为轮回亲本的有69份，以桂649为轮回亲本的有77份。

1. 2 试验方法

试验于2014年晚造在广西农业科学院水稻研究所试验田进行。栽培管理及试验设计处理按刘广林等（2013）的方法进行。按常规方法播种移栽，移栽规格17 cm×23 cm，每穴栽单苗，每份种质材料栽40株，未设重复，常规水肥管理。于抽穗杨花期的稻穗，每份种质材料选取生长一致的6株进行挂牌并移栽于塑料桶，每株挂牌3～4穗（均抽出1/4左右），其中3株置于人工气候室外为对照，另外3株置于人工气候室内进行低温胁迫处理。处理温度为全天平均18 ℃，白天光照为透过玻璃的自然光，晚上无光照，相对湿度80%，连续处理5 d，处理完毕后移至室外自然生长至成熟，分别取对照及经低温处理挂牌的稻穗进行结实率调查，以相对结实率[（低温处理平均结实率/对照平均结实率）×100%]为耐冷性鉴定评价指标。评定标准（游俊梅等，2000）：1级，>95%，耐冷性极强，记为RR；3级，85%～94%，耐冷性强，记为R；5级，60%～84%，耐冷性中等，记为M；7级，20%～59%，耐冷性弱，记为S；9级，< 20%，耐冷性极弱，记为SS。

2 结果与分析

2. 1 高代回交导入系优良株系耐冷性鉴定结果

以相对结实率为鉴定评价指标，146份高代回交导入系优良株系材料的相对结实率为42.35%～96.40%，平均为70.64%，变异系数为18.43%，平均耐冷级别5级，耐冷性处于中等水平（表1）。 其中，耐冷性极强（1级）的株系材料有3份，耐冷性強（3级）的有19份，耐冷性中（5级）的有89份，耐冷性弱（7级）的有35份，分别占供试株系材料的2.06%、13.01%、60.96%和23.97%，无耐冷性极弱（9级）的株系材料（表2）。一般认为粳稻耐冷性强于籼稻，但从表2来看，籼稻株系耐冷性1级或3级的共21份，占籼稻株系（137份）的15.33%，而粳稻株系耐冷性1级或3级的只有1份，占粳稻株系（9份）的11.1%，表明供试材料中籼稻供体回交导入系优良株系材料抽穗扬花期耐冷性明显优于粳稻供体，蕴含更多抽穗扬花期耐冷基因。表3列出抽穗扬花期耐冷性1级或3级的高代回交导入系优良株系。

2. 2 不同轮回亲本回交导入系优良株系的耐冷性差异分析结果

在低温处理下，虽然整体上不同轮回亲本其回交导入系株系平均耐冷性级别均属于5级，耐冷性处于中等水平，且株系间耐冷性差异相当，但以桂649为轮回亲本的株系材料其平均相对结实率为74.84%，明显优于以测253为轮回亲本的株系（66.12%）（表1）。从各耐冷性级别株系数量分布情况（表4）来看，以测253为轮回亲本的株系材料抽穗扬花期耐冷性级别绝大部分在5级以上，无耐冷性1级材料，耐冷性3级的也只有2份，占该类材料的2.90%；而以桂649为轮回亲本的株系材料耐冷性1级、3级的分别有3和17份，占该类材料的3.90%和22.08%，表明供试高代回交导入系优良株系材料中以桂649为轮回亲本的株系材料蕴藏着丰富的抽穗扬花期强耐冷性基因源，有必要对其进一步开展研究及育种利用。

2. 3 不同供体亲本回交导入系优良株系的耐冷性差异分析结果

本研究供试材料共有27个组合、19个优异种质供体，但不同优异种质供体间其高代回交导入系优良株系的耐冷性差异明显。在测253背景下，以中农148、中农149和中农150为供体的株系耐冷性表现最差，耐冷性7级以上的分别占各自组合的50.0%以上；以中农127和中农145为供体的株系耐冷性较好，耐冷性3级和5级的株系分别占各自组合的20.0%、80.0%和16.7%、66.7%（表5）。在桂649背景下，以中农128、中农139、中农143和中农146为供体的株系耐冷性表现最佳，其耐冷性1级和3级的株系占各自组合的50.0%以上，且均无耐冷性弱（7级）或极弱（9级）的株系材料；而以中農142和中农151为供体的株系耐冷性表现最差，无耐冷性强（3级）或极强（1级）的株系材料，耐冷性弱（7级）的株系占各自组合的30.0%以上（表6）。值得一提的是，供体亲本中农145无论是与测253还是桂649配组，均可从其高代回交导入系优良株系中鉴定出耐冷性强（3级）的株系，且该组合的大部分株系耐冷性均达中等耐冷水平（表5和表6），表明该供体亲本具有与综合农艺性状结合得较好的强耐冷基因源，具有较大耐冷育种应用潜力。

3 讨论

3. 1 广西水稻关键生育期耐冷性鉴定

水稻从种子发芽到成熟的各生长发育期间均存在低温冷害（赵正武等，2006），广西水稻生产中低温冷害主要表现为2～4月的倒春寒天气导致烂秧烂种、9～10月的寒露风天气导致结实率降低而减产或失收，其中以抽穗扬花期受寒露风危害的机率最大、受害最重（何燕和高永珍，1998），选育并应用耐冷性强的品种是最经济有效的防御措施。然而，在广西水稻品种区试中，耐冷性尚未列入考核指标，水稻耐冷育种投入少、研究基础非常薄弱，因此，利用有限的科研物力、人力开展各类水稻种质资源材料抽穗扬花期耐冷性鉴定，筛选抽穗扬花期耐冷性强的材料并加以利用，对广西水稻安全生产具有重要的现实意义。

3. 2 不同籼粳供体回交导入系优良株系耐冷性

前人较多的研究结果表明粳稻的耐冷性明显强于籼稻（杨树明等，2008；金铭路等，2009），但本研究中从137份籼稻供体回交导入系优良株系中筛选得到抽穗扬花期耐冷性强或极强的株系有21份，占15.33%，来自11个不同的组合（表3），而从9份粳稻供体回交导入系优良株系中只筛选出1份耐冷性强的株系，占11.1%，说明籼稻种质材料中同样存在丰富的抽穗扬花期耐冷基因，与笔者之前的研究结果（刘广林等，2013）相似，原因可能与长期的自然选择（寒露风低温胁迫）和人工选择有关。

3. 3 不同背景回交导入系抽穗扬花期耐冷性

在水稻长期进化过程中， 种质资源的各种抗逆基因已不同程度地分散到籼、粳稻品种中（孟丽君等，2012），不同亲本杂交组合衍生后代的耐冷性取决于亲本耐冷基因的加性、互作效应的综合作用（傅泰露等，2009）。本研究中所用材料为以测253和桂649为轮回亲本且经过综合农艺性状田间选择的优良回交后代，所筛选出的22份抽穗扬花期耐冷性强或极强的株系材料中有20份是以桂649为轮回亲本（表4），占90.91%，包含9个供体（表6），是否意味着这些优异种质供体带有的耐冷基因与桂649耐冷基因的互补性优于与测253耐冷基因的互补性有待进一步研究。同时表明，对现有不同供体导入到不同优良品种的高代回交导入系优良株系开展耐冷性鉴定，有可能筛选到带有不同耐冷基因、耐冷性强的优异中间材料，是积累强耐冷性种质资源的途径之一。

4 结论

以相对结实率为鉴定指标对146份水稻高代回交导入系优良株系进行抽穗扬花期耐冷性鉴定，筛选出22份耐冷性强或极强的株系，22份株系在株叶型、分蘖力、产量等性状方面综合表现较好，且具有强恢复系背景，可作为优良耐冷亲本在水稻耐冷育种中应用。

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（责任编辑 麻小燕）