一种芽期耐淹水稻品种的快速筛选方法及其应用

时 强，周年兵，胡金龙，刘炳亮，张洪程，朱金燕

一种芽期耐淹水稻品种的快速筛选方法及其应用

时 强，周年兵，胡金龙，刘炳亮，张洪程*，朱金燕*

(扬州大学农业部长江流域稻作技术创新中心，扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室，粮食作物现代产业技术协同创新中心，扬州 225009)

为推广适于复杂气候生态条件直播种植的耐淹水稻品种，以近年审定的部分适合江苏地区种植的粳稻品种60份为试验材料，设置两种光照处理方式，结果表明，全黑暗处理能排除了光照强度不均匀对种子萌发生长的影响。并设置2 cm、3 cm和5 cm 3种水深处理，分别测定3种水深处理下各品种平均芽长，结果表明，只有在5 cm水深处理下，各品种平均芽长呈明显双峰分布，且60份供试品种中仅有武粳15号、武香粳9号、武育粳18号和镇稻1号的芽长超过5.00 mm，因此明确5 cm水深处理10 d后芽长＞5.00 mm作为芽期耐淹性能强的水稻品种的筛选指标，实现了芽期耐淹水稻品种的实验室快速筛选。

水稻；耐淹；筛选指标

水稻是我国的主要粮食作物，水稻的安全生产直接关系国家的粮食安全。我国传统的水稻种植主要以人工育秧、栽秧为主，过程繁琐，耗时费工，劳动强度大。随着社会发展和科技进步，农村生产形式发生了根本性的变化，大量优质农村劳动力转移到第二、三产业中去，第一产业的优质劳动力大量流失且劳动力成本不断提高。同时，在社会主义新农村的建设过程中，越来越多的土地开始流转，规模化生产逐步成为农业生产的主要方式。因此，以减轻劳动强度、降低生产成本、稳定生产能力和增加经济效益为目标，发展适合我国农村经济与社会条件的全程机械化水稻种植技术，已成为我国当前及今后水稻生产中的重要研究方向[1]。

水稻直播是指在水稻种植过程中不经过育秧、栽秧等环节，直接把稻种播种于大田中的一种轻简种植方式[2]。直播作为一种传统的栽培方式，在我国已有数千年历史，早在20世纪60年代，我国南北方就采用过水稻直播种植方式[3]。70年代出现了水稻旱直播种植技术，80年代水稻旱直播技术得到一定发展和应用[4]，90年代由于农村劳动力的转移和劳动力成本的提高，以直播、抛秧为代表的水稻轻简栽培方式备受关注。水稻直播省去了育秧、拔秧、运秧及移栽等多道工序，具有省工节本、节约水资源、节省土地和降低水稻栽植的劳动强度及经济效益显著等特点，正逐渐成为理想的现代水稻轻简高效栽培模式[5-7]。

在欧美及澳大利亚等一些工业化国家，虽然水稻直播栽培历史较短，但研究技术成熟，种植面积非常大。其中意大利水稻直播种植面积占98%，加利福尼亚州（美国水稻主产区）水稻种植几乎全部采用直播方式，澳大利亚直播水稻种植面积占81%[8-9]。中国水稻直播技术研究相对较晚，在中国要大面积推广还存在很多问题需要解决。直播种子成苗率高低是直播栽培成功与否的关键因素，而影响直播种子成苗的主要原因是淹水缺氧和低温胁迫。在江苏省大面积生产上，直播稻播种季节为六月中旬，常受梅雨天气的影响，田块不平整易造成局部淹水且难以排水的局面。由于部分种子长时间浸泡在水中，时常造成种子发芽不整齐、缺苗断垄等现象，目前生产上大面积推广的高产优质水稻品种大多是以适宜移栽为育种目标育成的，把移栽品种直接用于直播且缺乏成熟的配套栽培技术，导致生产中常常出现各种问题，水稻直播种植用种量大、发芽成苗率低是生产中出现的突出问题。因此，本研究明确了芽期耐淹水稻品种的快速筛选方法并对当前水稻生产中应用的品种进行了筛选，为推广适于复杂气候生态条件直播种植的耐淹水稻品种，解决水稻直播中由于水淹造成的成苗率低、用种量大等问题具有重要的现实指导意义，同时为耐淹水稻新品种的选育提供了重要信息。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以近年审定的适合江苏地区种植的粳稻品种60份为试验材料（表1），并且选其中20份水稻品种作为芽期耐淹快速筛选方法鉴定的处理材料，分别为徐稻3号、华粳4号、华粳7号、淮稻5号、淮糯11号、盐稻11号、盐粳9号、扬中稻1号、扬粳4308、扬粳4227、宁粳5号、南粳49、南粳47、武粳15号、武香粳14号、武运粳7号、武运粳29号、常农粳5号、镇稻88和镇稻9424。

所有试验材料于2018年正季种植于扬州大学农学院试验基地，常规田间管理，成熟期收获，低温烘干储藏备用。

表1 供试品种5 cm水深处理的平均芽长

1.2 芽期耐淹快速筛选方法鉴定

1.2.1 水稻种子的消毒处理 20份待测芽期耐淹性能水稻品种各取健康饱满种子70粒，平均分装7个玻璃长管，编好编号，6%～7%NaClO处理消毒20 min，蒸馏水冲洗3～4次，待用；

1.2.2 光照及淹水处理 20份待测水稻品种均分别设置3种水深胁迫方式，分别为水深2 cm、3 cm和5 cm，设置2种光照处理方式，分别为全黑暗、16 h光照/8 h黑暗，人工气候箱设置25 ℃处理10 d，处理过程中定期补充水分，保持水深不变；每一个品种同时设置1个对照，人工气候箱25 ℃（16 h光照/8 h黑暗）处理10 d，对照持续保持湿润；

1.2.3 淹水处理后的指标观察与测定 淹水处理10 d后将材料取出，观察种子生长情况，并选用游标卡尺对每根玻璃管中的种子的芽长进行测定，计算平均值；分析光照处理方式及3种水深胁迫方式下对水稻品种耐淹性能的筛选效果，明确实验室快速筛选芽期耐淹水稻品种的合适光照处理方式和处理水深。

1.3 芽期耐淹水稻品种的快速筛选

1.3.1 水稻种子的消毒处理 60份待测芽期耐淹性能水稻品种各取健康饱满种子20粒，平均分装2个玻璃长管，编好编号，6%～7%NaClO处理消毒20 min，蒸馏水冲洗3～4次，待用；

1.3.2 淹水处理 60份待测水稻品种设置5 cm水深胁迫，人工气候箱设置25℃（黑暗）处理10 d，处理过程中定期补充水分，保持水深不变；同品种对照人工气候箱25℃（16 h光照/8 h黑暗）处理10 d，持续保持湿润；

1.3.3 淹水处理后的指标测定 淹水处理10 d后将材料取出，观察种子生长情况，并选用游标卡尺对每根玻璃管中的种子的芽长进行测定，计算平均值，根据已确定筛选指标筛选出芽期耐淹性能强的水稻品种。

2 结果与分析

2.1 芽期耐淹快速筛选的合适光照处理方式

按照材料与方法所述，准备好待测材料，具体方法参照材料与方法1.2。处理结果发现，16 h光照/8 h黑暗光照处理方式下，其中靠近侧壁光源放置的6个品种的3种水深处理位置为5 cm水深最靠近光源，其次分别为3 cm和2 cm水深，6个品种均不同程度的出现5 cm水深胁迫下平均芽长超过3 cm和2 cm水深胁迫，具体平均芽长见表2；而靠近侧壁光源放置的品种且2 cm水深最靠近光源，其次分别为3 cm和5 cm水深，则正常表现为2 cm水深胁迫下平均芽长超过3 cm和5 cm水深胁迫。而在黑暗处理方式下，无此现象出现。以上结果表明，光照强度对种子萌发生长存在很大诱导作用，而所受光照强度不均匀会严重影响试验的准确性，因此，全黑暗处理能排除光照强度不均匀的影响，确定为芽期耐淹快速筛选的合适光照处理方式。

表2 6个品种的3种水深处理的平均芽长（16 h光照/8 h黑暗）

2.2 芽期耐淹快速筛选的最佳处理水深

在不同水深胁迫条件下，20份供试品种处理10 d后对其进行观察、测量芽长并分析，各品种的对照均能正常生长且品种之间无显著差异，变异度仅为0.19，平均芽长范围为24.66～54.34 mm，呈连续分布，说明各品种的种子均健康能正常生长，各处理的结果不存在受种子活力的影响（图1(a、e)）；在2 cm水深处理下，各品种芽长均能突破2 cm水深向上生长且品种之间无显著差异，变异度仅为0.30，平均芽长范围为22.40～42.32 mm，呈连续分布（图1(b、e)）；在3 cm水深处理下，各品种平均芽长范围为12.09～30.28 mm，呈连续分布，变异度仅为0.39（图1(c、e)）；在5 cm水深处理下，各品种平均芽长范围为0.20～7.26 mm，呈双峰分布，在20份品种中仅筛选出2份品种芽长超过5.00 mm，其余品种芽长均小于2.00 mm（图1(d、e)）。综合以上分析，说明5 cm水深选择压力能在大量品种中筛选出芽期耐淹性能强的水稻品种，5 cm水深处理10 d后芽长＞5.00 mm可作为芽期耐淹性能强的水稻品种的筛选指标。

2.3 60份江苏省审定品种芽期耐淹快速筛选

60份供试品种5 cm水深胁迫处理10 d后对所有处理进行观察、测量芽长并分析，各品种的对照均能正常生长且品种之间无显著差异，平均芽长范围为24.68～51.02 mm，呈连续分布，说明各品种的种子均健康能正常生长，5 cm水深处理的结果不存在受种子活力的影响（表1，图2(b、c)）；在5 cm水深处理下，各品种平均芽长范围为0.12～7.55 mm，在60份品种中仅筛选出4份品种芽长超过5.00 mm，分别为武粳15号、武香粳9号、武育粳18号和镇稻1号，其余品种芽长均小于2.00 mm（表1，图2(a、c)）。结果分析表明，在5 cm水深选择压力下根据芽长指标（芽长＞5.00 mm）筛选出4份芽期耐淹性能强的水稻品种武粳15号、武香粳9号、武育粳18号和镇稻1号。

图1 不同处理下的芽长分布及变异度

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

图2 5cm水深处理及湿润对照的芽长分布

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

3 讨论

迄今为止，已经报道许多对水稻芽期耐淹性鉴定的相关研究。侯名语等[10]以水深0.2 m暗发芽5 d的胚根长度为指标，评价359份水稻品种的耐淹能力；王洋[11]以水深5 cm、16 h黑暗/8 h光照7 d的芽鞘长为指标，评价了247份粳粳交与98份籼粳交材料的耐淹性；Septiningsih等[12]以水深10 cm干种子播种后21 d的存活率来评价水稻材料的耐淹性。这些鉴定方法，存在处理水深标准各有差异、忽略光照强度对萌发生长影响等问题。本研究设置全黑暗、16 h光照/8 h黑暗的2种光照处理，比较了2 cm、3 cm和5 cm的水深条件下种子萌发生长的情况，研究结果表明了光照强度对种子萌发生长存在很大诱导作用，光照强度不均匀会严重影响试验的准确性，因此，本研究明确全黑暗处理，排除了光照强度不均匀对种子萌发生长的影响，进一步提高了耐淹表型鉴定的准确性。另一方面，本研究通过设置2 cm、3 cm和5 cm 3种水深处理，分析了3种水深处理下各品种平均芽长的分布特点，结果表明只有在5 cm水深处理下，各品种平均芽长呈明显双峰分布，且60份供试品种中仅有4份品种芽长超过5.00 mm，因此明确5 cm水深处理10 d后芽长＞5.00 mm作为芽期耐淹性能强的水稻品种的筛选指标，实现了实验室快速筛选芽期耐淹水稻品种，为筛选适于复杂气候生态条件直播种植的耐淹水稻品种提供了重要的理论依据，同时为耐淹水稻新品种的选育提供了重要参考信息。

近年来不少研究者对水稻芽期耐淹的分子遗传机制进行了相关研究。陈孙禄等[13]通过对籼粳交高世代回交自交系群体进行连锁分析，鉴定了4个控制水稻耐淹萌发的QTL。LEE等[14]以Kasalath/Nip构建的98个回交重组自交系为研究群体，采取5 cm的深播胁迫，对水稻幼苗中胚轴长度进行测量，共鉴定了3个中胚轴伸长相关的QTL，分别位于第1、3、6染色体，其中qMel-3的贡献率最高，在2个独立重复中分别为37.56%和26.97%。孙凯等[15]利用200份来源广泛的水稻种质为材料，在低氧条件下测量芽鞘长和芽鞘直径，并且水深10 cm，处理20 d后测量耐淹成苗率，分析各性状间的相关性，结果表明芽鞘长、活力指数与耐淹成苗率呈极显著正相关，并通过全基因组关联分析，共鉴定出8个与活力指数显著关联的位点，15个与芽鞘长显著关联的位点。以上这些研究由于选用群体不同，表型鉴定方法各异，因此研究结果各不相同，目前尚缺乏系统深入的水稻芽期耐淹分子遗传机制的研究，本研究明确了水稻芽期耐淹实验室快速鉴定方法，进一步提高了表型鉴定的准确性，为水稻芽期耐淹分子遗传机制研究中的表型鉴定提供了一定的参考。

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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

江苏省重点研发计划项目（BE2019342）和江苏（海安）现代农业（稻麦）科技综合示范基地（JATS［2020］452）

共同资助。

时 强，硕士研究生。E-mail：1246164728@qq.com

张洪程，教授，中国工程院院士。E-mail：hczhang@yzu.edu.cn 朱金燕，博士，副研究员。E-mail: zhujinyanrain@163.com