抽穗开花期高温对东北粳稻花粉育性及结实率的影响

于江辉 ，赵 森 ，周 浩 ，孟秋成 ，蒋建雄 ，肖国樱

（1.湖南农业大学生物科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室，湖南 长沙 410125）

近年来，由于受到温室气体影响，全球气温普遍升高[1]。水稻虽属喜温作物，但极度高温对其开花受精影响很大，此时遭受高温胁迫可造成花粉不育，易形成空秕粒，导致结实率和千粒重降低而使产量严重下降[2]。研究认为，35℃是抽穗开花期间影响结实率的临界温度[3]。前人以结实率、热害指数等为筛选指标，得到了耐高温材料早粳1号、黄花占、T 266等，以及高温敏感材料K 1722、双桂1号、T 219等[4-8]，但关于东北粳稻耐高温胁迫的研究相对较少。

我国长江中下游地区早稻在3～4月份秧苗期可能受到异常低温冷害，在6月份抽穗开花期又可能受到异常高温热害，严重影响水稻产量。东北粳稻苗期耐低温能力较强，如果能从中筛选到抽穗开花期耐高温的品种，并引种到长江中下游地区作早稻种植，就能同时减轻早稻苗期受低温胁迫和抽穗开花期受高温胁迫的危害。试验以34份东北粳稻和2份对照早籼稻为材料，研究高温胁迫对其花粉育性和结实率的影响，以期为东北粳稻在长江中下游作早稻种植提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

东北粳稻 34 份：08M8、G19、USSR5、北 04-20、长白9号、长白10号、长粒香、长选10、东稻1号、东稻2号、东稻3号、东农03-33、东农03-44、东农415-1、东农 415-2、东农 416、东农 9213、东农 428、敦内稻、富士光、合江195、吉粳1、吉粳2、吉粳3、吉粳88、吉粳803、平粳8号、龙粳 21号、龙粳 5号、千重浪2号、沈禾57号、绥粳4号、辽星1号、沈农9816。对照早籼稻2份：热敏感品种4628、耐热品种996[9]。

1.2 方法

土壤装盆后每盆加油菜饼枯40 g拌匀、腐熟30 d左右。34份东北粳稻和2份对照材料浸种1 d后38℃恒温箱中催芽2 d，种子破胸后于2011年4月9日播种到试验田，25 d后选取生长基本一致的幼苗移栽至盆中，每盆5株，每品种6盆。常规肥水管理和病虫害防治。始穗期每品种取4盆在PGW-40型人工气候箱进行连续5 d高温处理（表1），处理完后放回自然条件下生长，一直在自然条件下生长的另2盆作为对照。采用ZDR-20型温湿度连续记录仪记录实际温度和相对湿度。

表1 高温处理方案

各品种常温和高温处理材料分别取3穗，每穗取颖花6朵（上、中、下分别取2朵），分别用0.1%I2-KI染色测定法[10]在200倍显微镜下进行花粉育性检测，每穗观察3个视野，每个视野约100粒花粉。其中不染色、染色浅、部分染色、皱缩和空秕的畸形花粉为不育花粉，染色深、饱满圆形花粉为可育花粉。可育度（%）=可育花粉/（可育花粉+不育花粉）×100。蜡熟期分别收取自然生长和高温处理的穗子，考查每穗的实粒数、总粒数、千粒重、单株穗数。结实率（%）=实粒数/总粒数×100，热害指数=（自然结实率×高温结实率）/自然结实率[11]，单株产量（g）=每穗实粒数×单株穗数×千粒重/1 000。

采用Excel 2007、DPS 8.01对实验数据进行整理和分析。

2 结果与分析

根据温度监测记录，在自然条件下生长的东稻3号、吉粳1、吉粳88、吉粳803、沈农9816在抽穗开花期均受到日最高35℃以上、日均温30℃以上的高温胁迫，造成对照数据不准，将其剔除，只对剩余31个品种的数据进行分析。

2.1 高温处理对花粉育性的影响

从图1可知，高温胁迫使各品种的花粉育性均下降，但下降幅度品种间有差异。东农03-33、东农03-44、长白9号、龙粳21号、东稻2号、绥粳4号、长白10号、平粳8号的花粉育性下降幅度较大（＞70个百分点），说明这些品种花粉对高温较敏感。G19、北04-20、东稻1号、龙粳5号的花粉育性下降值较小（＜30个百分点），说明这些品种花粉耐高温能力较好。其中只有北04-20下降幅度（2个百分点）小于耐热品种996（7个百分点），热敏感品种4628的花粉育性也只下降了14个百分点。高温处理后，G19、USSR5、北 04-20、东稻 1 号、富士光、996、4628的花粉育性仍在50%左右，长粒香、东稻2号、东农416、平粳8号、龙粳21号、绥粳4号的花粉育性不到10%。

图1 高温胁迫对东北粳稻花粉育性的影响

2.2 高温处理对结实率的影响

由表2可知，东北粳稻在高温胁迫5 d后结实率显著降低。USSR 5、长白9号、长粒香、东稻2号、东农 03-33、东农 415-2、东农 9213、合江 195、吉粳3、千重浪2号、沈禾57号的结实率下降幅度较小（＜30个百分点，996下降了33.6个百分点），08M8、G19、敦内稻、东稻1号、吉粳2、平粳8号的结实率下降幅度较大（＞50个百分点，4628下降了38.3个百分点）。另外，高温处理后，USSR 5、长选10、东稻2 号、东农 03-33、东农 415-1、合江 195、吉粳 3、龙粳21、长白10号、千重浪2号的结实率仍在50%以上，耐热品种996达54.1%。08M8、东稻1号、吉粳2、平粳8号、东农428的结实率在40%以下，热敏感品种4628为38.6%。

表2 高温胁迫对东北粳稻结实率和单株产量的影响

以对照作为参考，从31份供试材料中筛选到6个耐高温品种，高温胁迫后绝对结实率大小为东农 03-33＞USSR5＞吉粳 3＞东稻 2号＞东农 415-1＞合江 195＞996（耐高温对照品种）；筛选出5个高温敏感品种，高温胁迫后绝对结实率大小为平粳8号＜吉粳 2＜08M8＜东稻 1号＜东农 428＜4628（高温敏感对照品种）。

2.3 高温处理对单株产量的影响

由表2可知，高温胁迫下所有品种的单株产量均降低。其中平粳8号降低幅度大于热敏感品种4628，剩下所有品种降低幅度均小于4628，东农416和富士光降低幅度最小（＜1 g）。高温胁迫后所有品种单株产量都大于热敏感品种4628，其中USSR5、长白9号、长粒香、东稻1号、东农03-33、东农03-44、东农415-1、东农9213、敦内稻、合江195、吉粳2、千重浪2号、绥粳4号、辽星1号的单株产量均大于耐热品种996。

2.4 结实率、单株产量的聚类分析

采用最长距离法，阈值分别设置为6.2（%）、9.0（%）、4.1（g）和 3.54（g），对 31 份供试材料的常温结实率、高温结实率、常温单株产量和高温单株产量进行聚类分析，结果见表3。结实率由高到低常温可分为7类，高温可分为8类，USSR 5、长选10、东农 415-1、合江 195、龙粳 21、长白 10 号、996 均属结实率较高类别，长粒香、东农428、沈禾57号、4628均属结实率较低类别。单株产量由高到低常温可分为8类，高温可分为13类，高温胁迫前后，长粒香、东稻1号、东农 03-44、敦内稻、合江195、千重浪2号均属相对高产类别，G 19、东稻2号、东农415-2、东农416、龙粳21、长白10号、东农 428、龙粳5、沈禾57、4628均属相对低产类别。

表3 东北粳稻结实率及单株产量的聚类分析

2.5 日平均温度、花粉育性与结实率间的关系

高温可引起水稻花粉部分不育，并且导致结实率及稳定性下降[12-14]。试验对东北粳稻花粉育性（x）和结实率（y）进行相关性和回归分析，表明花粉育性与结实率呈极显著正相关，这与前人的研究相吻合[15]，回归方程y=0.332 2 x2+0.122 1 x+0.444 9，相关系数 r=0.692**，决定系数 R2=0.489 7。该方程可以通过高温胁迫下花粉育性来推断结实率，但决定系数不高，说明除花粉育性外，其它因素对结实率也有较大影响。在一定的温度范围内，对日平均气温（x）和结实率（y）进行相关性和回归分析，结果表明日平均温度和结实率呈极显著负相关，回归方程y=0.503-0.624 x+2.182 x2-1.238 x3，相关系数r=-0.844**，决定系数R2=0.752，该方程决定系数相对较高，可用于推断结实率受日平均气温影响的情况，表明除温度外其它生态因子对结实率也有一些影响，但作用相对较小。

3 讨论

热害指数已被一些研究者用作评价品种（组合）耐热性的重要指标。林贤青等[16]以热害指数为筛选指标，在7个超级稻中进行耐高温筛选，认为株两优819具有耐高温能力。郭晶心等[17]认为籼稻品种黄花占受高温胁迫后热害指数小，具有耐高温特性，并且认为热害指数可作为品种耐热性筛选的重要指标。罗丽华等[9]、陶龙兴等[11]也以热害指数为指标，对水稻材料进行耐热性鉴定。笔者研究发现，长白9号、长粒香等在高温胁迫后热害指数明显小于对照996，结实率下降的绝对值也较小，按照热害指数判断它们应该是耐热性较好的品种，但它们在常温和高温下结实率均低，没有实际应用价值，不能作为耐高温材料在科研和生产上应用。由此可见，热害指数具有局限性，用它作为筛选指标会把一些本身结实率不高，但结实率在高温条件下降低不明显的品种也判定为耐热品种；而这些常温条件下结实率不高、热害指数低的品种即无育种利用价值，也无生产应用价值。从研究的相关与回归分析结果来看，日平均温度和结实率相关极显著、决定系数较大；高温胁迫后绝对结实率高低直接反映了水稻耐热性的强弱，绝对结实率高，耐高温能力强，绝对结实率低，耐高温能力弱。前人也以绝对结实率为标准，对一系列水稻材料进行耐高温和高温敏感性研究[5，6，13]。因此认为，筛选水稻耐高温材料要以高温处理后绝对结实率作为评判标准，而不能使用热害指数。

试验结果表明，从东北粳稻中能筛选到抽穗扬花期耐高温的品种，这些东北粳稻品种在长江中下游稻区作为早稻种植不会因为6月扬花期的异常高温而造成大幅度减产。在筛选到的耐高温品种中，单株产量为合江 195＞东农 415-1＞东农 03-33＞USSR 5＞996。但由于试验用盆栽方法进行耐高温品种筛选，供试水稻的生长状况与大田差异较大，其单株产量大小不能完全代表大田产量水平。并且对照品种996耐热性好，是高产两系杂交稻的父本，但它作为常规稻种植的产量水平还没有经过生产验证，比它单株产量高不代表比普遍种植的常规早稻产量高。因此，筛选到的耐高温东北粳稻品种能否作为早稻在生产上应用还需要进行区域试验和大田评价。

致谢：

感谢中国科学院东北地理与农业生态研究所杨福研究员、湖南农业大学陈立云教授、南京农业大学万建民教授提供相关水稻品种。

[1]王绍武，叶瑾琳.近百年全球气候变暖分析[J].大气科学，1995，19（5）：545-553.

[2]曹云英.高温对水稻产量与品质的影响及其生理机制[D].扬州：扬州大学，2009.10-50.

[3]高素华，王培娟.长江中下游高温热害及对水稻的影响[M].北京：气象出版社，2009.7-8，73-105，162-208.

[4]许红云，许为军，谭学林.高温对粳稻品种发芽及幼苗生长发育影响的研究[J].西南农业学报，2008，21（3）：593-596.

[5]李金军，刘明放，陆金根，等.粳稻穗期耐高温鉴定技术的研究[J].上海农业学报，2003，19（4）：25-27.

[6]李太贵，沈 波.水稻品种开花期抗热性鉴定研究[J].作物品种资源，1995，（1）：34-35.

[7]张桂莲.两个早稻品种耐热性生理及分子遗传基础的研究[D].长沙：湖南农业大学，2006.1-19.

[8]周 浩，胡文彬，王作平，等.抽穗扬花期高温对水稻重组自交系群体RIL47结实率的影响[J].中国生态农业学报，2011，19（1）：69-74.

[9]罗丽华，刘国华，肖应辉，等.高温胁迫对水稻花粉和小穗育性及稻谷粒重的影响[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2005，31（6）：593-596.

[10]张志良，翟伟箐.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2003.223-224.

[11]陶龙兴，谈惠娟，王 熹，等.超级杂交稻国稻6号对开花结实期高温热害的反应[J].中国水稻科学，2007，21（5）：518-524.

[12]石春林，金之庆，郑建初，等.减数分裂期高温对水稻颖花结实率影响的定量分析[J].作物学报，2008，34（4）：627-631.

[13]童志婷，李守华，段维新，等.中稻花期致害高温主导的田间气象特征及其对不同杂交组合水稻结实的影响[J].中国生态农业学报，2008，16（5）：1163-1166.

[14]岳 伟，马晓群.高温对安徽省水稻籼优63结实率、千粒重的影响分析[J].中国农学通报，2009，25（18）：399-402.

[15]吕川根，王才林，宗寿余，等.温度对水稻亚种间杂种育性及结实率的影响[J].作物学报，2002，28（4）：499-504.

[16]林贤青，朱德峰.早季超级稻品种开花期抗高温特性研究[J].中国稻米，2011，17（2）：9-10.

[17]郭晶心，曾文智，周宝津，等.开花期高温胁迫对不同水稻品种花粉萌发和结实的影响 [J].华南农业大学学报，2010，31（2）：50-53.