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）

水稻（Oryza sativaL.）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COLD1[10]、Ctb1[11]、bZIP73[12-13]、OsMADS57[14]、OsCNGC9[15]及Os－SAP16[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（mdj3）、兴国（xg）、丽粳10号（lj10）、紧码京租（jmjz）、龙粳31（lj31，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8 mL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12 h光照/12 h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2 d后，在28℃植物培养箱内催芽。待芽长至5 mm左右时，取出置于4℃低温培养箱内，处理8 d，光照设置为12 h光照/12 h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7 d后，调查成活苗数，并计算成苗率。

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2 d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14 d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12 h光照/12 h黑暗。约48 h后置于28℃的光照培养箱恢复生长。放置7 d后，调查成活苗数，并计算存活率。

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7 d播种一批，分别于播后第21、28、35天记录出苗数，统计出苗率。

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

2.1 7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。

2.2 7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bd01则相对龙粳31芽期不耐寒。

2.3 7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、35 d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、35 d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14 d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℃发芽4～5 d及15℃发芽5～7 d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7 d播种一期，第1期播种时间比正常佳木斯田间直播时间早21 d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。