直播早籼稻品种苗期耐冷性鉴定与筛选

武志峰，曾研华，谭雪明，曾勇军，潘晓华，石庆华，吴自明

（江西农业大学作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室/双季稻现代化生产协同创新中心，江西 南昌 330045）

随着我国城镇化的发展，农村劳动力转移，化学除草剂的广泛应用，水稻直播栽培方式因其省工、省力、节省成本等特点得到迅猛的发展，应用面积和区域逐年扩大［1］。然而，在我国南方双季稻地区，双季直播早稻苗期常受低温侵袭［2］。低温通常会导致直播早稻分蘖减少、苗弱、易感立枯病，严重时甚至出现烂秧死苗等症状，严重危害早稻生产安全［3-5］。为了克服低温对早稻带来的不利影响，达到增产稳产，除了采取其他农业措施外，选用耐冷品种是减轻低温冷害最经济有效的措施［6-8］。

近年来，国内外许多学者相继开展水稻耐冷性鉴定、筛选与利用等方面的研究。目前苗期耐冷性评价指标主要采用水稻个体形态特征和生理生化两类指标进行鉴定。形态特征分级鉴定，其方法较经济、简单、及时、快速，但结果准确性并不是很可靠，如低温胁迫后叶片褪绿程度分级指标可能因视力疲劳导致试验误差，有些品种以叶片萎蔫、卷曲等形态变化的方式来适应低温胁迫，胁迫后又恢复正常生长，因此往往受人为及基因型等因素的限制［9］；而生理生化指标适用于少量材料的比较，结果较为可靠，可准确反映作物的生长状况，但测定方法较繁琐，难以用于大规模品种鉴定及筛选［10］。如何快速准确评价不同早籼稻品种的耐冷性，建立一套有效评价体系，以更加科学地评价幼苗耐冷能力，对南方双季稻区直播早稻的安全生产具有重要意义。本试验采用人工模拟低温的方法，通过分析成活率和幼苗生长对低温的响应特点，探讨各指标与耐冷性的关系，并利用因子分析筛选出耐冷性评价指标，采用隶属函数结合聚类分析的方法评价苗期耐冷性，以探索和建立一种快速有效的早稻苗期耐冷性鉴定及评价方法，为直播稻品种选育与栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为长江中下游地区主栽早籼稻品种，包括13个杂交稻品种：荣优9号、淦鑫203、五优156、株两优1号、深95优华占、株两优538、金优458、五丰优623、早丰优402、陵两优193、株两优819、陆两优996、金优463，5个常规稻品种：中早35、中嘉早17、湘早籼6号、中佳早2号、桂香2号。

1.2 试验设计

试验于2016年在江西农业大学教育部作物生理生态与遗传育种重点实验室进行。将18个早稻品种的种子用强氯精消毒10 h后，清水浸种24 h，37℃催芽48 h，清水洗净后选取破胸一致的种子均匀置于塑料盆中，每个品种播12盆（供试土壤取自农大试验稻田，含有机质28.4 g/kg、碱解氮107.2 mg/kg、速效磷11.0 mg/kg、速效钾52.1 mg/kg，pH值为5.7），每盆播15粒种子。在人工气候箱（GXZ280c型，宁波江南仪器厂）常温（25.0±1.0℃）下培养，待水稻幼苗生长至2叶1心时，每个品种将其中6盆放在5.0（±1.0）℃的光照培养箱中低温处理2 d，余下6盆继续在人工气候箱生长作对照。处理期间光照相同，每天光照12 h（7：00～19：00），光照强度为22 000 lx，相对湿度为60%。处理结束后，常温恢复生长，3 d后取样调查。

1.3 调查指标及方法

低温处理2 d后，调查早稻幼苗的成活率，采用便携式SPAD-502叶绿素仪测量成活幼苗第2片完全展开叶的SPAD值，每个品种测3株，每片叶测3个点，取平均值。恢复生长2 d后，选取长势均匀一致的成活水稻幼苗，取样时尽量保留完整的根系，分别测定苗高、茎基宽、最长根长、根数、根系体积，以及心叶下倒一、倒二、倒三叶的长和宽，3次重复；用纱布擦干净表面后分为地上部分和地下部分，分别用报纸包好，105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重，冷却至室温后称干重。

为消除品种（系）间基础性状的差异，本试验采用胁迫系数（即性状相对值）进行低温耐受性评价。

采用隶属函数法计算各指标隶属函数值，以其平均值综合评价耐低温性能，计算公式为：

式中，Yij为第i个品种第j个评价指标的氮效率隶属函数值，Xij为第i个品种第j个评价指标的测定值，Xjmin、Xjmax分别为第j个评价指标的最小值和最大值［11］。

试验数据采用 Microsoft Excel 2007 和SPSS 19.0 进行统计分析，采用最大方差法正交旋转得出主成分因子，采用Heml 1.0 Heatmap Illustrator 进行聚类热图分析。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫处理对早籼稻苗主要农艺性状的影响

从表1可以看出，低温胁迫下，早籼稻苗存活率、苗高、根数、最长根长、根系体积、第2片完全展开叶的SPAD值、地上部干重、倒一叶叶面积、倒二叶叶面积、倒三叶叶面积均显著低于对照，各指标变异系数在0.06～0.23范围内，依次为根系体积＞存活率≥倒三叶叶面积＞根数＞倒一叶叶面积≥倒二叶叶面积＞地上部干重＞最长根长＞苗高＞茎基宽≥SPAD值，表明稻苗在低温胁迫下，存活率、倒三叶叶面积、根系体积、根数、倒一叶叶面积、倒二叶叶面积及地上部干重植株幼苗变异系数为在低温胁迫条件下灵敏度较高；正常温度条件下变异系数为倒一叶叶面积＞根系体积＞根数＞倒三叶叶面积＞存活率≥地上部干重≥倒二叶叶面积＞最长根长＞苗高＞茎基宽≥SPAD值，变异系数范围为0.06～0.25，表明倒一叶叶面积、根系体积、根数、倒三叶叶面积、存活率、地上部干重及倒二叶叶面积在正常温度条件下灵敏度较高，基本与低温条件下类似。初步说明存活率、地上部干重、根系体积、根数、倒一叶叶面积、倒二叶叶面积及倒三叶叶面积可以作为不同早籼稻品种耐低温的筛选指标。

表1 不同温度处理早籼稻苗期农艺性状指标的变化

2.2 早籼稻苗期耐冷性鉴定指标的筛选

由表2可知，对11个与早籼稻苗期耐冷性显著相关的鉴定指标的相对值进行因子分析表明，在低温条件下可以提取3个主成分，总解释方差为80.147%，其中第一主成分的方差贡献率为49.965%，第二主成分方差贡献率为16.824%，第三主成分方差贡献率为13.359%。第一主成分主要由存活率、地上部干重、茎基宽、苗高、倒三叶叶面积决定。根据各主成分的贡献率情况，表明在低温条件下存活率和地上部干重最能代表不同早籼稻品种对低温的响应状况。

2.3 隶属函数法评价早籼稻品种耐冷性

根据水稻苗期性状指标的描述统计和因子分析结果，确定存活率和地上部干重可以作为水稻幼苗的耐低温特性。通过对不同水稻品种在低温和常温下的存活率和地上部干重相对值（表3）分析可知，存活率相对值变幅为0.56～0.95，均值为0.82，其中五丰优623胁迫系数最大，为0.95；地上部干重相对值变幅为0.54～0.94，均值为0.82，其中株两优1号与陆两优996胁迫系数最大，为0.94。采用模糊数学隶属函数方法，以存活率和地上部干重胁迫系数为指标计算隶属函数值，再将各项指标隶属函数值的平均值作为反映水稻苗期耐低温能力的综合指标，隶属函数平均值越大，耐低温能力越强。再以隶属函数平均值作为指标，采用平方欧式距离法对18个早稻品种进行聚类热图分析，用颜色变化梯度直观地反映数据的大小及差异（图1，封二）。经过聚类分析及隶属函数平均值综合分析，可以将不同早稻品种分成3类，第Ⅰ类为株两优1号、金优458、深95优华占、五丰优623、陵两优193、陆两优996等6个品种，表现为隶属函数值较大，均高于0.7，初步认定为耐低温品种；第Ⅱ类为中早35、荣优9号、淦鑫203、湘早籼6号、金优463、株两优538等6个品种，隶属函数值均高于0.5，低于0.7；第Ⅲ类为五优156、中佳早2号、桂香2号、中嘉早17、早丰优402、株两优819等6个品种，表现为隶属函数值较低，均低于0.5，初步筛选为冷敏感品种。

图1 不同早籼稻品种隶属函数聚类结果

3 结论与讨论

本试验结果表明，在低温胁迫下，以存活率和地上部干重作为水稻苗期耐冷性评价指标比较合适；依据指标相对值聚类热图筛选出株两优1号、五丰优623、陵两优193、陆两优996、金优458、深95优华占6份较耐低温品种。

表3 不同温度条件下水稻幼苗存活率和地上部干重相对值及隶属函数值

低温对早稻幼苗影响较为复杂，是多种因素共同作用的结果。当早稻幼苗遭受到低温危害时，会通过幼苗生长状况变化体现出来，且不同指标存在一定关联性，因此单独将某一个指标或某项机理来衡量水稻耐冷性都有一定的局限性，无法准确的评价其耐冷性［12］。为全面评价早籼稻幼苗耐冷性，本研究从多个形态指标中筛选出对低温响应最为明显的指标，对存活率及幼苗农艺性状进行综合分析判别，并结合多种分析方法确定水稻苗期耐低温指标，分析时没有直斥采用各指标的数值，而是采用各指标间的胁迫系数，即相对值，消除了品种间的固有差异，可以真正比较不同品种耐冷性。为了更科学地评价幼苗耐冷能力，可建立一套新型有效的评价体系，以准确快速筛选耐低温品种。

低温胁迫下的存活率是衡量水稻幼苗耐低温胁迫能力的重要而直观的指标，但在遭遇低温后，秧苗的后续生长乃至最终产量还可能与根数、最长根长、苗高、干重等指标密切相关。直播早稻幼苗遭受低温危害后，植株生长放缓，叶片萎蔫失绿，叶面积减小，干重变轻，根系体积明显降低，严重时甚至出现烂秧死苗等症状［13］。本研究表明，低温敏感的早籼稻品种在低温条件下，秧苗叶片萎蔫速度较快，不同指标均有不同幅度降低，且恢复能力较差，甚至植株无法恢复生长而死亡；耐冷性品种叶片无明显的萎蔫现象，但是低温能够减缓代谢速度，有机物的供应也减少，导致植株生长缓慢，但比低温敏感品种降幅较小，如果恢复正常条件，植株就能恢复正常生长［14-15］。因此，直播稻生产中应优先选用耐冷品种。

综上所述，与常温处理相比，低温处理显著降低了直播早稻秧苗的成活率、叶面积、根数、根系体积、总干质量，而且，低温处理还显著降低了秧苗的株高、总根长、茎基宽和SPAD值，通过对秧苗形态和生理指标进行描述统计和因子分析，存活率和地上部干重最能代表植株在遭遇低温的响应状况，能够较准确地反映其低温适应性。

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