寒地灌浆期低温钝感水稻品种的初步筛选

曹良子， 丁国华， 周劲松， 洛 育， 王彤彤， 白良明 夏天舒， 刘 凯， 王雪扬， 杨 光， 任 洋， 王江旭， 李一丹， 孙世臣(.黑龙江省农业科学院耕作栽培研究所， 哈尔滨 250086；2.黑龙江省水稻品质改良与遗传育种工程技术研究中心， 哈尔滨 250086；.黑龙江省农业科学院大豆研究所， 哈尔滨 50086； .黑龙江省农业科学院， 哈尔滨 50086；5.黑龙江省作物分子设计与种质创新重点实验室， 哈尔滨 50028)

近年来，全球变暖导致阶段性异常气候时有发生，呈常态化趋势。如何适应气候变化成为我国乃至全世界农业面临的严重挑战之一。

稻米品质是由遗传特性和环境条件所控制。多年研究表明，水稻灌浆期日平均温度对稻米品质有显著影响，日平均温度对稻米品质的贡献率为88.51%[5]。灌浆初期，平均温度高于26 ℃或低于21 ℃，均可降低糙米率、精米率和整精米率，严重时可降低10%以上。灌浆期的温度与碾米率成正比，高温天气下，籽粒垩白度显著增加。同时，有效积温和相对湿度的增加提高了籽粒蛋白质含量，而相对湿度的增加降低了胶稠度[6,10]。赵式英[9]研究表明，水稻直链淀粉含量随着温度的升高而降低，而蛋白质含量则随着温度的升高而增加。灌浆期，持续高温会使稻米垩白粒率和垩白度增加，碾米率降低，外观和碾米品质恶化[2,8]。在一定的遗传基础上，环境因素的差异对稻米品质影响最大[1,3]。目前为止，我国针对水稻灌浆期温度抗性主要以高温抗性相关研究较多，灌浆期低温抗性相关研究较少[4,7]。同时，水稻对于气候变化的生理生态响应存在不确定性，包括植物响应模式的多样性、复杂性及可变性，在相同的气候变化条件下，不同的品种对气候变化的响应也可能存在明显的差异。因此，为保持黑龙江省长期优质大米品牌，必须筛选对温度变化钝感，不受灌浆期温度变化影响能够保持高品质的水稻种植资源。

1 材料和方法

1.1 材 料

黑龙江省第1积温带水稻品种51份。包括黑龙江省审定品种24份、适合第一积温带种植的品系24份和日本北海道品系3份。

试验地点为哈尔滨市道外区民主乡黑龙江省农科院民主园区水田实验基地。2017—2019年共种植3年。

每年4月中旬播种，5月中旬人工插秧。插秧密度30 cm×13 cm。全生育期采用“前促、中控，后补”的施肥原则，施纯氮150 kg/hm2、纯磷70 kg/hm2、纯钾70 kg/hm2。9月30日收获，阴干后进行脱粒，研磨，储存。11月开始进行品质分析。

1.2 稻米品质分析

1.2.1食味品质检测

准确称量30.00 g精米放入钢罐中，用流水洗涤50 s后加入40.5 mL蒸馏水，其米水比例为1∶1.35，再覆盖一层滤纸，用胶皮圈固定，在室温下浸泡30 min后，连同滤纸一起置于电饭煲中蒸煮，切断电源再焖10 min，后放入吹冷装置吹凉10 min。风冷后将滤纸取下，改配套钢盖，取(8.00±0.10)g米饭制样饼，使用食味仪(STA1A)测样品精米的外观、口感，进行综合评分，食味值总分为100分。

1.2.2蛋白质含量和直链淀粉含量测定

利用日本佐助公司生产的大米食味计(JSWL)检测大米蛋白质含量以及直链淀粉含量。

2 结 果

2.1 2017—2019年灌浆期温度变化

黑龙江省农业科学院民主园区水稻田水稻全生育期2017年有效积温为2 703.6 ℃，2018年有效积温为2 560.6 ℃，2019年有效积温为2 519.6 ℃。2017年灌浆期(8月1日—9月30日)的有效积温为1 143.8 ℃，2018年灌浆期的有效温度965.9 ℃，2019年灌浆期的有效积温是1 020.3 ℃。可以看出，2017年与2018年和2019年全生育期相差143 ℃和174 ℃。但是2017年与2018年和2019年的灌浆期有效积温相差177.9 ℃和123.5 ℃(图1)。

图1 2017—2020年黑龙江省农业科学院民主园区水田试验地温度变化Fig.1 Temperature variance of paddy field from 2017 to 2020 by Hheilongjiang academy of agricultural sciences test site

2.2 常温年与低温年稻米品质的变化

2017—2019年连续3年针对稻米品质进行了分析。本实验的51份水稻品种资源根据食味品质可分为4类(图2)。由图2可以看出，Ⅰ类共有9份材料，Ⅱ类共有5份材料，Ⅲ类共有28份材料，Ⅳ类共有9份材料。Ⅰ类材料2017年与2019年的食味品质水平差异较小，但是2018年低温年食味品质高。Ⅱ类材料2017年和2018年的食味品质几乎没有变化，但2019年的食味品质大幅下降。大部分的种质资源都属于Ⅲ类，在2017年常温年中有较高的食味评分，但是在低温年(2018年和2019年)食味品质较低。Ⅳ类材料是2017—2019年3年食味评分差异都在2分以内的种质资源，可以看出，大部分水稻品种(系)对灌浆期温度反应敏感，品种间也有部分稀少品种反应钝感(图2)。

图2 常温年(2017年)与低温年(2018年，2019年)稻米食味品质变化Fig.2 Rice eating quality changes by normal temperature year (2017)and low temperature year (2018 and 2019)

常温年(2017年)与低温年(2018年和2019年)食味品质品种间有所差异，常温年与低温年差异最大的品系是龙稻29-2在常温年能够达到91.3分，但是在低温年的食味品质为78.7分，相差12.6分。龙稻1603、哈1021-4、哈13108和龙稻18等品种品系常温年与低温年食味评分相差较少，分别相差0.01分，0.3分，0.4分，1.1分。龙稻18在高食味评分的前提下依然保持较高的品质稳定性(2017年92.0分，2018年93.0分，2019年93.3分)(图3)。

2.3 常温年与低温年稻米直链淀粉含量的变化

2017年至2019年3年的直链淀粉含量结果显示，51份水稻种质资源中由于有效积温减少导致直链淀粉含量有所上升，上升幅度最大的是龙稻10(5.2%)。只有龙稻12与龙稻23的直链淀粉含量下降，龙稻12的直链淀粉含量下降幅度最大(下降4.3%)。2017年至2019年米饭食味评分变化少的4个品种的直链淀粉含量变化在0.7%～1.5%之间，2017年至2019年米饭食味评分变化大的4个品种的直链淀粉含量变化在2.4%～3.4%之间(图4)。

注：实线为不同灌浆期温度食味品质差异小品种；虚线为不同灌浆期温度食味品质差异大品种。下同。图3 水稻灌浆期常温年(2017年)和低温年(2018年，2019年)米饭食味值差异Fig.3 Rice eating quality changes by normal temperature year (2017)and low temperature year (2018 and 2019)

图4 水稻灌浆期常规年(2017年)和低温年(2018年，2019年)稻米直链淀粉含量差异Fig. 4 Rice amylose content differences by normal temperature year (2017)and low temperature year (2018 and 2019)

注：负数代表负相关，正数代表正相关。“*”表示5%的显著相关性，“***”表示0.1%的显著相关性。图6 水稻灌浆期常规年(2017年)和低温年(2018年，2019年)稻米品质形状差异相关性分析Fig.6 Correlation analysis of rice quality shape difference by normal temperature year (2017)and low temperature year (2018 and 2019)

2.4 常温年与低温年稻米蛋白质含量的变化

2017—2019年3年的蛋白质含量结果显示，51份水稻种质资源中由于有效积温的减少导致蛋白质含量有所上升，上升幅度最大的是龙稻10(4.6%)。只有龙稻12与双优11的蛋白质含量下降，其中龙稻12的蛋白质含量下降幅度最大(下降2.6%)。米饭食味评分变化少的4个品种的蛋白质含量变化在0.4%～1.5%之间，米饭食味评分变化大的4个品种的蛋白质含量变化在0.1%～1.0%之间(图5)。

图5 水稻灌浆期常规年(2017年)和低温年(2018年，2019年)稻米蛋白质含量差异Fig.5 Rice protein content differences by normal temperature year (2017)and low temperature year (2018 and 2019)

2.5 常温年与低温年稻米品质相关性状之间关联分析

2017—2019年3年在不同灌浆期温度条件下米饭食味评分与蛋白质含量、直链淀粉含量的变化程度之间的相关性分析。结果显示，米饭食味值变化程度与蛋白质含量之间呈负相关(p=0.05)，r=-0.312。相反，米饭食味值变化程度与直链淀粉含量之间不相关。蛋白质含量与直链淀粉含量变化程度之间显著相关(p=0.001)，r=0.651(图6)。

3 讨 论

通过2017—2019年3年对黑龙江省第一积温带的水稻品种品系进行了连续的食味品质观测。2017年属于常温年，有效积温达2 700 ℃，这是黑龙江省水稻品种第一积温带晚熟品种的标准；2018年和2019年属于低温年，两年的有效积温只有2 550 ℃左右，这是黑龙江省水稻品种第二积温带的标准，并且，主要相差积温都在灌浆时期。灌浆期温度是控制水稻产量和品质的主要因素[1]。实验表明，不同水稻品种品(系)对温度变化有不同的反应，大部分水稻品种的品质变动都与前人的研究结果一致。随着灌浆期温度的降低，米饭食味值也降低。51份水稻品种品系中有9份在灌浆期温度变化的情况下依然能够保持高水平的食味评分。通过常温年与低温年的米饭食味评分的对比，筛选出在不同灌浆期温度变化的情况下食味评分差异大，温度敏感度高的4份材料，同时也筛选出在灌浆期温度变化的情况下食味评分差异小，温度钝感度高的4份材料。可以看出，温度钝感的4份材料在直链淀粉含量以及蛋白质含量的变化程度不是最小的，米饭食味值变化程度与蛋白质含量变化程度之间有较小的负相关，但是直链淀粉含量变化程度与米饭食味值之间相关不显著。这也表明灌浆期温度变化所带来的米饭食味值的变化，不完全是蛋白质含量和直链淀粉含量的变化所造成。

4 结 论

通过多年试验筛选出在灌浆期低温条件下食味品质能够保持在85分以上的种植资源4份，以及在灌浆期温度适宜条件下食味评分在85分以上，食味评分下降10分以上的灌浆期低温敏感种质资源4份。灌浆期温度不同敏感度品种与蛋白质含量之间有显著相关性。