作物杂志, 2025, 41(6): 132-139 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2025.06.016

生理生化·植物营养·栽培耕作

花期高温胁迫下水稻种质资源的外观品质分析与评价

陈雷,1, 唐茂艳,1, 张战营2, 钟晓媛1, 高国庆1, 张晓丽1, 梁天锋,1, 潘英华,1

1 广西壮族自治区农业科学院水稻研究所/广西水稻遗传育种重点实验室530007广西南宁

2 中国农业大学农学院100193北京

Analysis and Evaluation of Grain Appearance Quality Traits in Rice Germplasm Resources under Heat Stress during Flowering Stage

Chen Lei,1, Tang Maoyan,1, Zhang Zhanying2, Zhong Xiaoyuan1, Gao Guoqing1, Zhang Xiaoli1, Liang Tianfeng,1, Pan Yinghua,1

1 Rice Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences / Guangxi Key Laboratory of Rice Genetics and Breeding, Nanning 530007, Guangxi, China

2 College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193, China

通讯作者: 潘英华,研究方向为水稻种质资源优异基因发掘与应用,E-mail:panyinghua2008@163.com梁天锋为共同通信作者,研究方向为水稻轻简高产栽培技术,E-mail:tfliang@gxaas.net

收稿日期: 2024-09-18   修回日期: 2024-10-25   网络出版日期: 2025-01-20

基金资助: 广西自然科学基金(2021GXNSFAA220093)
国家自然科学基金(32160447)
国家自然科学基金(32160501)
国家现代农业产业技术体系广西(水稻)创新团队(nycytxgxcxtd-2021-01-04)
国家重点研发计划(2023YFD1902804)
广西重点研发计划项目(桂科AB21196055)
海南省种业实验室与中国种子集团联合揭榜挂帅项目(B23YQ1517)
海南省种业实验室与中国种子集团联合揭榜挂帅项目(B23CQ15HP)
广西农业科学院基本科研业务专项(桂农科2024YP038)
广西农业科学院基本科研业务专项(桂农科2024YP041)

Received: 2024-09-18   Revised: 2024-10-25   Online: 2025-01-20

作者简介 About authors

陈雷,研究方向为水稻耐非生物逆境基因发掘与应用,E-mail:chenlei@gxaas.net

唐茂艳为共同第一作者,研究方向为水稻耐非生物逆境生理,E-mail:tangmaoyan@gxaas.net

摘要

为探究不同水稻种质资源与稻米外观品质性状相关的花期耐热性,以来自国内外的347份水稻核心种质为试验材料,利用人工气候室进行花期高温胁迫,测定粒长、粒宽、粒长宽比、透明度、垩白粒率和垩白度6个稻米外观品质指标,通过描述统计法、相关性分析、隶属函数法、主成分分析、聚类分析和逐步回归分析等方法对不同水稻种质的耐热性进行综合评价。结果显示,高温处理下各性状的变异系数为12.19%~48.49%,自然对照变异系数为12.83%~83.29%;与对照相比,花期高温胁迫下的粒长、粒宽、粒长宽比和透明度均极显著降低,而垩白粒率和垩白度则极显著增加。相关性分析表明,高温处理和自然对照下,各指标之间均存在(极)显著相关性。主成分分析提取到3个主成分因子,累计贡献率达85.49%;根据各主成分特征向量和权重获得耐热性综合评价值(F值),基于F值进行聚类分析,将347份水稻种质分为强耐热型、耐热型、中间型、热敏感型和热高敏感型5个等级。利用逐步回归分析,建立F值与稻米外观品质性状耐热系数的最优线性回归方程(F值预测模型),据此筛选出粒长和垩白度作为与稻米外观品质相关的花期耐热性鉴定和评价指标,具有较高的准确性。

关键词: 水稻; 高温胁迫; 籽粒外观品质; 因子分析; 综合评价

Abstract

To investigate the heat resistance related to grain appearance quality traits in different rice germplasm resources, 347 rice core germplasms from both domestic and international sources were used as the experimental materials and treated with high temperature during the flowering stage in a phytotron, and six rice grain appearance quality traits including grain length, grain width, grain length-to-width ratio, transparency, chalkiness rate, and chalkiness degree were determined after harvest. The heat tolerance of different rice germplasms was comprehensively evaluated using methods such as descriptive statistics, correlation analysis, membership function analysis, principal component analysis, cluster analysis, and stepwise regression analysis. The results showed that the coefficient of variation of various traits was 12.19%-48.49% under high temperature treatment and 12.83%-83.29% under control condition, respectively. Compared with the control condition, the grain length, grain width, grain length-to-width ratio, and grain transparency were highly significantly reduced under heat stress at anthesis, while the chalky grain rate and chalkiness degree were highly significantly increased. Correlation analysis revealed a (highly) significant correlation among various traits under high temperature treatment and control conditions. Principal component analysis extracted three principal component factors with a cumulative contribution rate of 85.49%. The comprehensive evaluation value (F-value) of heat tolerance was obtained according to the eigenvectors and weights of each principal component, and the F-value was subjected to cluster analysis to classify the 347 rice germplasm resources into five groups, including strong heat-tolerant type, heat-tolerant type, intermediate type, heat-sensitive type, and high heat-sensitive type. Through stepwise regression analysis, an optimal linear regression equation (F-value prediction model) was established between the F-value and the heat tolerance coefficient of rice appearance quality traits. According to this formula, grain length and chalkiness degree were selected as two suitable indicators for identifying and evaluating heat tolerance related to rice appearance quality under heat stress at anthesis, which had high accuracy.

Keywords: Rice; Heat stress; Grain appearance quality; Factor analysis; Comprehensive evaluation

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本文引用格式

陈雷, 唐茂艳, 张战营, 钟晓媛, 高国庆, 张晓丽, 梁天锋, 潘英华. 花期高温胁迫下水稻种质资源的外观品质分析与评价. 作物杂志, 2025, 41(6): 132-139 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2025.06.016

Chen Lei, Tang Maoyan, Zhang Zhanying, Zhong Xiaoyuan, Gao Guoqing, Zhang Xiaoli, Liang Tianfeng, Pan Yinghua. Analysis and Evaluation of Grain Appearance Quality Traits in Rice Germplasm Resources under Heat Stress during Flowering Stage. Crops, 2025, 41(6): 132-139 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2025.06.016

水稻作为我国乃至世界上最重要的粮食作物之一,是全球近50%人口的食物来源[1]。水稻全生育期对温度变化敏感,尤其是在开花灌浆期,若遭遇持续性的高温热害,易导致结实率降低、形成高温逼熟现象,影响籽粒正常灌浆,使垩白增多,最终导致粒重和稻米品质下降[2-4]。据世界气象组织报告[5],2023年是有气象观测记录以来最热的年份,全年平均近地表气温较工业化前(1850-1900年)高1.45±0.12 ℃,大大超出此前最热年份的升温幅度;《中国气候变化蓝皮书(2024)》[6]指出,未来我国极端高温事件趋多趋强。广西双季早稻抽穗开花和灌浆期正处于温度较高的6-7月[7],高温是导致早稻米质劣于晚稻的重要因素之一,选育耐热品种是解决这一问题的有效方法。不同水稻基因型的耐热性存在明显差异,因而筛选耐热水稻种质资源并发掘调控耐热性的QTL和基因,可为缓解高温热害对水稻生产的不利影响以及耐热优质稻分子育种提供材料基础和基因资源,这对于保障未来水稻安全生产具有重要的现实意义[8]

优异种质和基因资源是水稻遗传改良的材料基础,而稻种资源是进行优异基因发掘和种质创新的重要前提[9]。近年来,国内外学者在筛选和发掘耐热水稻种质和基因资源上开展了大量工作。Nagina 22(N22,Oryza sativa subsp. aus.)是一个被广泛认可的强耐热型品种,其在开花期和灌浆期均具有较强的耐热性,但在穗分化期对高温敏感且易导致稻米品质下降[10-11]。籼稻品种如国稻6号[12](开花期和灌浆初期)、黄华占[13](减数分裂期)、Ciherang[14](配子发生和开花期)、Dular[15](孕穗期)和HT54[16](苗期和灌浆期)等,粳稻品种如Todorokiwase[15](孕穗期)和日本晴[17](开花期),以及籼粳杂交型品种Giza178[15](孕穗期和开花期),在不同生育阶段对高温胁迫均具有较强的耐受性。而在野生稻资源中也蕴藏有许多耐热种质,如野生稻材料Ng在苗期高温胁迫下与粳稻亚种材料相比,可以保持较高的生长速率和光合速率[18]。此外,在杂草稻中也存在一些耐热性较强的材料,Sarker等[19]从180份杂草稻中筛选出MU244、MU235和MU249等耐热品系,在苗期高温胁迫下仍表现出较高的存活率。在耐热QTL和基因的发掘与利用上,近些年来已有TT1TT2TT3HTH5等多个耐热基因被精细定位和克隆[20-23],为耐热水稻育种提供了优异的基因资源。

稻米品质包括外观、加工、蒸煮食味和营养品质,其中稻米外观品质直接影响稻米的商业价值,决定稻米价格;随着经济发展和社会消费水平的提高,市场对粒形细长、垩白较少的优质稻米需求也越来越高,然而,在全球气候变化的背景下,极端高温频发严重威胁优质稻米生产,导致稻米市场价格降低[24-25]。以往关于高温胁迫对稻米品质影响的研究主要集中于花后籽粒灌浆阶段[25-28],而针对花期高温对稻米品质尤其是外观品质的影响及耐热性评价的研究相对较少[29-30]。本研究以347份水稻种质资源为研究对象,这些种质来源广泛,分布于不同纬度的国家和地区,遗传多样性指数高,表型和基因型具有较大差异,遗传多样性丰富,代表了广泛的栽培稻遗传资源[2]。试验在自然条件对照和高温胁迫条件下进行,通过比较稻米外观品质相关性状的表型差异,利用主成分分析和隶属函数值法等多种方法对不同种质进行花期耐热性鉴定和评价,并筛选出耐热种质资源,旨在为培育耐热优质稻品种提供基础材料和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为引自中国农业大学的347份水稻核心种质资源,主要包括籼稻228份、粳稻98份、中间型14份以及未知7份;来源于全球30多个国家和地区,主要包括中国211份,菲律宾28份,印度21份,越南10份,日本9份,澳大利亚6份,巴西和马来西亚各5份,巴基斯坦、尼泊尔和斯里兰卡各4份,朝鲜、孟加拉国和印度尼西亚各3份,哥伦比亚、科特迪瓦、美国和泰国各2份,阿尔巴尼亚、埃及、保加利亚、几内亚、老挝、马里、马达加斯加、缅甸、尼日利亚、意大利和乌干达各1份,未注明来源12份。

1.2 试验方法

于2021年3-7月在广西农业科学院水稻研究所试验田和人工气候室进行试验,3月9日播种,4月6日移栽,每穴2苗,株行距为16.7 cm×20.0 cm。在水稻始穗时对长势相对一致的单穗(3~5个/穴,未开花)进行挂牌标记,并将其移入塑料盆种植,每盆3穴,设置3次重复。将每个品种取3盆移入人工气候室内进行高温胁迫处理(HT),高温采用38.0±0.5 ℃,相对湿度保持约75%,光照时长12 h(7:00-19:00),各HT处理品种以自然条件下生长的植株作为对照(CK)。HT处理时间为每天9:30-15:30,其他时间段温度保持28 ℃,HT处理3 d后由人工气候室移入田间继续生长至成熟。成熟后对挂牌单穗进行考种,稻谷放置于室内通风处3个月后用于稻米各外观品质指标测定。采用SC-E型大米外观品质检测仪(杭州万深检测科技有限公司)测定稻谷粒长(grain length,GL)、粒宽(grain width,GW)、粒长宽比(grain length-to- width ratio,GLWR)、透明度级(transparency,TP)、垩白粒率(chalky grain rate,GCR)和垩白度(chalkiness degree,CD)6个指标,测定3个重复,取平均值。

1.3 数据分析

利用Excel 2023整理原始数据,运用SPSS 26和OmicShare Tools(https://www.omicshare.com/ tools)进行差异显著性、相关性、主成分、聚类和逐步回归分析;采用各性状的耐热系数(HT处理测定值/CK处理测定值,分别以RGL、RGW、RGLWR、RTP、RGCR和RCD代表各性状的耐热系数)对耐热性进行评价,利用隶属函数和因子分析法进行耐热性综合评价,参考文献[31]计算隶属函数值(Uij)、各综合指标的权重及耐热性综合评价值(F值);利用Excel 2023、GraphPad Prism 10和OmicShare Tools等绘制相关图表。

2 结果与分析

2.1 不同处理下的稻米外观品质性状

图1表1所示,HT处理与CK处理间各性状指标均表现出极显著差异(P<0.001),与CK处理相比,HT处理下各种质的GL、GW和GLWR平均分别下降8.51%、3.02%和5.02%,而TP(等级)、GCR和CD平均分别增加了42.34%、107.51%和324.21%;HT处理下各性状的变异系数为12.19%~48.49%,CK处理下的各性状变异系数为12.83%~83.29%。结果表明花期高温胁迫严重降低稻米外观品质指标,且不同性状受高温热害影响的程度具有较大差异性。

图1

图1   高温胁迫和自然条件下稻米外观品质性状

Fig.1   Appearance quality traits of rice grain under heat stress and natural condition


表1   高温处理和自然条件下的稻米外观品质各指标分析

Table 1  Analysis of rice appearance quality traits under heat stress and natural condition

处理Treatment指标Index粒长GL (mm)粒宽GW (mm)粒长宽比GLWR透明度TP垩白粒率GCR (%)垩白度CD (%)
HT最大值6.102.783.295.00100.0078.40
最小值2.531.501.401.003.661.34
平均值4.742.132.273.2977.3240.42
标准差0.580.290.451.0723.9419.60
变异系数CV (%)12.1913.4019.9532.5830.9748.49
CK最大值6.802.943.575.00100.0071.90
最小值3.471.391.421.002.520.59
平均值5.222.212.422.7556.3019.66
标准差0.670.300.531.1228.4616.37
变异系数CV (%)12.8313.3721.9040.6350.5583.29
DD-value平均值 (%)-8.51-3.02-5.0242.34107.51324.21
变异系数CV (%)-117.94-297.55-208.65202.35221.37152.41
t检验10.043.453.896.4310.5315.15
P******************

“***”表示处理间差异极显著(P < 0.001)。D值表示各种质HT处理较CK处理增长的百分比值。

“***”indicates extremely significant difference among treatments (P < 0.001). D-value represents the percentage increase of each germplasm in HT treatment compared with CK treatment.

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2.2 稻米外观品质性状的相关性分析

分别对HT和CK处理下6个稻米外观品质性状指标及耐热系数的隶属函数值进行相关性分析(图2),其中与高温热害方向不一致的性状采用反隶属函数值(1-Uij),因此本研究对TP、GCR和CD采用反隶属函数值计算。结果表明,CK处理下,除GW与CD间显著相关(P<0.05)外,其他各指标间均存在极显著相关性(P<0.001);HT处理下,各性状指标间均存在极显著相关性。各性状指标耐热系数的隶属函数值间存在着不同程度的相关性,其中RGL与RGW、RGLWR呈极显著正相关,RGW与RGLWR、RTP呈极显著负相关,RGLWR与RTP、RCD呈显著正相关,RTP、RGCR和RCD两两之间均呈极显著正相关。各性状耐热系数间的相关性表现出较为明显的粒型和垩白性状差异,但又存在不同程度的信息重叠交叉现象,表明与稻米外观品质相关的耐热性是一个复杂的综合性状,受遗传和环境共同影响。因此直接利用各单项指标难以准确、客观地评价水稻耐热性,需要采用多元统计方法进行综合评价。

图2

图2   稻米外观品质性状的相关性分析

(a) HT(右上)和CK(左下)处理下各性状指标的相关性分析;(b) 各性状指标耐热系数隶属函数值的相关性分析。“*”表示相关性显著(P < 0.05),“**”表示相关性极显著(P < 0.01),“***”表示相关性极显著(P < 0.001)。下同。

Fig.2   Correlation analysis of grain appearance quality traits in rice

(a) correlation analysis of various traits under HT (upper right) and CK (lower left) treatments; (b) correlation analysis of membership function value of heat resistance coefficient of each trait index.“*”indicates significant correlation (P < 0.05),“**”indicates extremely significant correlation (P < 0.01),“***”indicates extremely significant correlation (P < 0.001). The same below.


2.3 稻米外观品质性状耐热系数的主成分分析

为降低各性状间相关性对种质耐热性评价的影响,对水稻核心种质各指标耐热系数的隶属函数值进行主成分分析,按照特征值>1的标准共提取到3个主成分PC1、PC2和PC3(表2)。3个主成分的特征值分别为2.170、1.652和1.308,贡献率分别为36.163%、27.531%和21.795%,累计贡献率为85.489%,可代表大部分稻米外观品质性状的信息。其中PC1的载荷向量值以RCD最大,其次是RGCR和RTP,主要与垩白性状相关;PC2的载荷向量值以RGL最大,RGLWR次之,主要与粒型性状相关;PC3的载荷向量值以RGW最大,RGLWR特征值为负值最大。

表2   稻米外观品质性状耐热系数的主成分分析

Table 2  Principal component analysis of heat resistance coefficient of rice appearance quality traits

指标IndexPC1PC2PC3
粒长RGL0.2310.9030.343
粒宽RGW-0.1380.0830.972
粒长宽比RGLWR0.3390.840-0.405
透明度RTP0.690-0.166-0.148
垩白粒率RGCR0.844-0.2620.198
垩白度RCD0.891-0.1640.143
特征值Eigenvalue2.1701.6521.308
贡献率Contribution rate (%)36.16327.53121.795
累计贡献率Cumulative contribution rate (%)36.16363.69485.489

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基于主成分分析,利用6个性状的主成分得分系数(各性状指标对应的载荷向量/对应主成分特征值的算术平方根)计算3个主成分得分(F1F2F3);并根据各性状的贡献率计算各主成分的权重系数,分别为0.423、0.322和0.255;将3个主成分得分与权重系数的乘积相加,计算出与稻米外观品质相关的F值。计算公式分别为:F1=0.157X1-0.094X2+0.230X3+0.468X4+0.573X5+0.605X6F2=0.703X1+0.065X2+0.654X3-0.129X4-0.204X5-0.128X6F3=0.300X1+0.850X2-0.354X3-0.129X4+0.173X5+0.125X6F=0.423F1+0.322F2+0.255F3,式中,X1X2X3X4X5和X6分别代表RGL、RGW、RGLWR、RTP、RGCR和RCD的隶属函数值。

2.4 水稻种质资源的耐热性综合评价及聚类分析

基于F值对水稻种质资源进行排序,F值越大则耐热性越强,反之越弱。耐热性强的前5个种质分别为TKM6(1.192)、闽恢3301(1.178)、吉粳88(1.125)、绥粳8(1.120)和WEED RICE 13(1.119);对高温敏感的前5个种质分别为42686(0.439)、IRAT 10(0.478)、中华1号(0.525)、NERICA-L-20(0.565)和9311(0.590)。为更好地对参试水稻种质的耐热性进行综合评价和分级,采用组间联接法基于F值进行聚类分析。结果(表3)显示,在平均欧氏距离为5.5左右处,可将347个水稻种质划分为5类,I类为强耐热型,包括10个品种(F>1.093),占供试材料的2.88%;II类为耐热型,包括122个品种(0.932<F<1.067),占供试材料的35.16%;III类为中间型,包括185个品种(0.762<F<0.930),占供试材料的53.31%;Ⅳ类为热敏感型,包括27个品种(0.565<F<0.742),占供试材料的7.78%;Ⅴ类为热高敏感型,包括3个品种(F<0.525),占供试材料的0.86%。分析不同类群中各性状指标耐热系数的平均值(表4)可知,粒型指标的耐热系数随耐热性下降表现出降低趋势,而透明度和垩白指标的耐热系数则表现出明显的升高趋势,可见通过综合评价各性状指标的耐热系数可较好地区分不同水稻种质的耐热性。

表3   347份水稻种质资源耐热性分类

Table 3  Classification of heat tolerance in 347 rice germplasm resources

类群Group份数
Number
F
F-value
种质
Germplasm
10>1.093TKM6、闽恢3301、吉粳88、绥粳8、WEED RICE 13、几占利/粳7623、BRC 25-146-2-1、恢752、2037(Rajahamsal)、二钢矮
1220.932~1.067CO 22、紫米、贵恢2190、阿尔季托/Ардито、斯里兰卡1号、KR200、连粳4号、秀水123、Bala、镇稻99、毫马克(K)、Seberang、武运粳19号、Gajale、晚三、茉莉占选、武粳15、早籼14、矮禾迟、IR77298-14-1-2、Y16B、徐稻5号、几内亚稻、Kalijira 245、Cisanggarung、红旗5号、垦稻12、龙粳24、Taichung Native 1、华564、丰杂、云光8号、IR68897B、R402、长野保持系、紫稻、万利籼、ITA 221、C70、陆引46/滇引陆稻2号、C349、旱恢10号、IR64、嘉育948、五大稻种、桂华占、Inga、SLG1、早熟香黑、红晚1号、齐粒丝苗、Bhavani、红晚1号、Tetep、X21、绥粳4、淮稻9号、兴国、秀水128、P59279、山酒谷、黄壳早廿日、八香/Tam thom、中413、小红谷、MR39、矮陆羽、圭630、柳沙1号、M202、油粘、黄丝桂占、绥粳7、武运粳21、龙粳26、JHONA 349、连粳6号、NPT-114、皖恢057、珍富8、花育560、AZUCENA、须谷糯、金早47、C418、霸王鞭1、02428-IL、PSBRC80、DINORADO、CISOKAN、BG304、Giza159、测253、IR50、IRBB7、JP-5、IR74、油占8号、广陆矮4号、IR68552-55-3-2、明恢77、红杂、中恢8006、IR06G113、PSBRC28、湘早籼31号、KCD1、SAGC-4、IR58821-23-1-3-1、解放籼、Arroz vermelho、绥粳9、盐恢559、MR167、MR106、广恢998、拉木加、ZR02、台中65号/台中HR539、OM997、金南特B、611(荃银引进二系恢)
1850.762~0.930白壳旱禾、粤晶丝苗2号、IAC 150/76、IR661-1、G珍汕97B、武育粳14号、TKM9、IRAT 266、阿尔巴尼亚、五子堆、洞庭晚籼、CT9993-5-10-1-M、红矮糯、Dumai、毫虑光粘、南粳44、三百粒、Tun Sart、香稻、IR65600-27-1-2-2、嘉991、缓阳粘、饿死牛、超恢-1、UPR 191-66、80B、Kogomg 1-1、IRAT 352、金南特43B、麻谷子、Y134、包选21号、矮麻抗、IRAT109、湘早籼45号、FL478、MR19、临果/Ringo、中超123、IRAT109/苏引稻2号、IR42、YR 83-23-11、C71、赤毛、博B、扬粳4038、暹罗斯赤、KASALATH、桂农占、Nionoka、龙稻5、B5-10、To974、六十早、垦鉴稻6、Tai-Zhong-Xian 10、百歌稻、矮脚南特、辐838、Qd_441、IR55419-04、黄皮糯、马尾粘、竹原、TN1、高紫、Matatag2、LX2007、矮移四/IV di tam lun、航1号、80A90YR72078-25、IR 50、特青、扬稻2号、丰华占、IR66897B、117、包协-7B、Sri Raja、Milyang23、Innmayebaw、Bg90-2、黎明B、本邦谷、岳恢9113、沪旱15、临沂塘稻、Pokhreli、乌壳占、Jhona 349、武运粳7号、IET1444、卫国、八宝米、IR6、Khao Mack Kheua、江农早1号B、J34、晋稻1号、Hei Mi Chan、OM1706、88B、B6136-3-TB-0-1-5、辽粳294、BR11、NSIC RC9(APO)、IR55411-53、Basmati、一支香、PMS 10B、CAOZHAO-2、IR26、Jijucas Claro、RP 1570-44-1、通粘1号、乐恢188、粤泰B、水原300粒、SARD、爷驼崽、Maravilha、湘恢299、YR196、浙恢7954、阳壳糯、徐稻3号、Basmati 443、Cisadane、竹珍B、P1790-5-1M-4-5M-1B-3M-B、南高谷、II32B、Type3、三江1、粤香占、BR 2029-2-2-2、龙粳21、K 24、沈农89366、合美占、矮仔占、多57、广陆矮15-1、恩恢58、中广香1号、To463、龙粳20、Padisenemok、武香粳14号、IR64-IL、MR2004、IRBB60、松01-173、WH26、泸恢17、密阳46、泸恢17、IRBB62、华粳籼74、71011、R287、寸谷糯、Bg300、野丝占、农垦58、绿旱1号、早熟农虎6号B、PD29、IR64-IL、黄华占、矮紫、C 894-21、SB90、铁秆乌、美国稻、辽星1号、Rohini、明恢86、Pelde、浙恢7954、Shwe Thwe Yin Hyv、NR 10045-20-3-2、测258、雷火占、Q5
270.565~0.742京虎B、川香29B、高丽秋、Cs94、Govind、清糯キョハタモチ、桂99、蜀恢527、麻麻谷、R458、蜀恢498、黄丝占、R644、珍桂矮1号、Palung 2、黑督4、高阳淀稻大红芒、PR106、粳7623、B5、Budda、02428/IR60、云粳7、RNR 67580、蜀恢527、9311、NERICA-L-20
3<0.525中华1号、IRAT 10、42686

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表4   不同类群的表型性状特征

Table 4  Phenotypic characteristics of different groups

类群
Group
各性状耐热系数的平均值
Average heat tolerance coefficient of each trait
RGLRGWRGLWRRTPRGCRRCD
1.16271.14141.06111.28001.10941.3405
0.98450.98131.01041.09041.25962.2054
0.87800.95830.92131.49392.00284.3101
0.77110.94060.83382.38525.228611.0674
0.82380.89670.91082.444414.537031.1199

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2.5 与稻米外观品质相关的花期耐热性鉴定指标筛选

为快速有效地评价与稻米外观品质性状相关的水稻花期耐热性,基于各性状指标耐热系数与F值的关系进一步筛选重要的鉴定和评价指标。如图3a所示,6个单项指标耐热系数与F值的相关系数各不相同,RGL、RGW、RGLWR、RTP、RGCR和RCD与F值的相关系数分别为0.77、0.26、0.57、-0.44、-0.57和-0.66,均达到极显著相关性(P<0.001),其中RGL和RCD分别为正相关和负相关的最大值。以F值为因变量,各单项性状指标的耐热系数为自变量进行逐步回归分析,筛选出2个指标(粒长和垩白度),建立综合数学评价模型,构建最优回归方程为:Fm=0.251+0.762×RGL- 0.013×RCD(r=0.97,R2=0.94,P<0.01),表明这2个自变量可解释94.0%的总变异,达极显著水平。利用Fm值预测模型对347个种质的F值进行预测(图3b),预测值与实测值的均方根差RMSE= 0.026,标准均方根差NRMSE=2.93%,其中RMSENRMSE值越小表示模型预测精度越高,表明该方程对水稻种质的耐热性预测准确性高、效果好。因此,回归分析结果表明粒长和垩白度2个指标可作为不同水稻种质资源中与稻米外观品质相关的花期耐热性鉴定和综合评价指标。

图3

图3   各性状指标耐热系数与F值的相关性分析(a)和Fm模型实测值与预测值对比(b)

Fig.3   Correlation analysis of heat tolerance coefficient of various traits and F-value (a) and comparison between measured and predicted values using Fm model (b)


3 讨论

水稻不同生育阶段对高温胁迫的响应存在差异,花期高温会显著影响结实率,进而导致减产,灌浆期高温则主要影响籽粒灌浆和淀粉合成,使产量大幅降低、稻米品质变差[3,8,11]。稻米外观品质是复杂的数量性状,受基因型和环境的共同影响。研究[26,32]表明,灌浆期高温胁迫下稻米外观品质变劣,粒长、粒宽、粒面积和透明度均降低,垩白粒率和垩白度则显著升高。本研究中,与自然对照相比,花期高温胁迫下的粒长、粒宽、粒长宽比和透明度均极显著下降,垩白粒率和垩白度则极显著升高,稻米外观品质总体变劣,这与马廷臣等[29]和张桂莲等[33]关于抽穗开花期高温对稻米品质影响的研究结果一致,进一步证明花期高温胁迫不仅严重影响产量,对稻米品质尤其是外观品质也有显著影响。因此,未来筛选耐热水稻种质还应综合考虑产量和品质等指标,单一或少数指标难以准确反映不同水稻种质资源的综合耐热性。

培育和选用耐热品种是减轻高温热害对水稻不利影响的重要途径之一,而耐热种质资源的筛选与鉴定是培育耐热品种的基础。因此,确定与耐热性密切相关,同时简易、有效且准确的鉴定指标是评价水稻种质耐热性的关键。以往研究[8,34-36]中,对于不同水稻基因型花期耐热性的鉴定与评价主要采用与产量相关的指标,如相对结实率和相对耐热指数等。而马廷臣等[29]研究发现,以相对结实率为评价指标评估不同水稻品种的耐热性时,其高温胁迫和对照条件下品质指标的差异变化(除胶稠度和直链淀粉含量)相关性不显著,表明不同类型指标评价品种耐热性的结果不一致。因此,针对以产量和品质为鉴定评价指标的耐热性评估需区别对待。本研究基于隶属函数法和主成分分析法[31],对高温胁迫后具有不同外观品质性状表现的水稻种质资源进行耐热性综合评价,通过聚类分析筛选出10份强耐热型种质和3份热高敏感型种质。按种质来源划分,强耐热种质中6份来源于中国(闽恢3301、吉粳88、绥粳8、几占利/粳7623、恢752和二钢矮),2份来源于印度[TKM6和2037(Rajahamsal)],尼泊尔(WEED RICE 13)和孟加拉国(BRC 25-146-2-1)各1份;热高敏感型种质中,中国(中华1号)、科特迪瓦(IRAT 10)和未知来源(42686)各1份。按种质类型划分,强耐热型种质中籼稻品种7份,粳稻品种2份,秋稻(Aus)品种1份;热高敏感型种质中籼稻品种2份,籼粳中间型品种1份。此外,从品种系谱来看,强耐热种质中,闽恢3301、粳7623和恢752的亲本来源之一均为IR24(IR8×IR127-2-2)。以往研究[37]表明作为IR24亲本来源之一的IR8在抽穗至成熟期具有相对较强的耐热性;值得注意的是,恢752亲本来源之一的TKM6同为本研究筛选出的强耐热种质,可见该遗传背景下可能存在调控耐热性的QTL/基因。上述耐热种质既可作为优良亲本创制耐热新种质,直接用于现有高温敏感品种的遗传改良,也可为今后耐热优质稻新品种培育和耐热基因发掘提供更多材料和基因基础。

为进一步筛选用于综合评价与稻米外观品质相关的花期耐热性关键鉴定指标,本研究采用各性状指标耐热系数与F值的相关系数,结合逐步回归分析筛选出粒长和垩白度2个指标分别代表粒型和垩白性状,发现其能较好地反映不同种质的综合耐热性水平。在未来耐热优质稻新品种/组合选育和高温热害易发区域新品种的推广应用中,这2个指标可用于大量水稻品种/组合耐热性的快速鉴定,从而提高筛选效率,降低推广应用中因品种选用不当而带来的不利风险。因此,在类似本研究的高温胁迫条件下,仅需测定参试水稻种质高温和自然对照下的粒长和垩白度,通过预测模型估算其F值,就可以较好地对其花期耐热性进行综合评价。

4 结论

对347份水稻种质资源进行花期高温处理,通过测定稻米外观品质性状相关指标,利用相关性分析、隶属函数法、主成分分析和聚类分析等方法,对347份水稻种质资源的耐热性进行综合评价,筛选出10份强耐热型种质和3份热高敏感型种质,可作为耐热优质稻育种和耐热基因发掘的种质材料。通过逐步回归分析,建立了耐热性综合评价指标F值预测模型:Fm=0.251+0.762×RGL- 0.013×RCD(r=0.97,R2=0.94,P<0.01),认为粒长和垩白度可作为花期耐热性的鉴定指标,用于快速有效评价与稻米外观品质性状相关的耐热性。

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Heat stress threatens rice yield and quality at flowering stage. In this study, average relative seed setting rate under heat stress (RHSR) and genotypes of 284 varieties were used for a genome-wide association study.

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水稻产量对生殖生长阶段不同时期高温的响应差异

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【目的】研究水稻产量对不同时期不同类型高温的响应差异,为耐热水稻品种的筛选与培育提供依据。【方法】在桶栽条件下,于人工气候室内,以耐热水稻品种Nagina 22、汕优63和热敏感品种两优培九为材料,设置三个处理时期,即穗分化期、开花期和灌浆期;四种处理温度,即白天高温、夜间高温、全天高温和适宜温度,研究水稻产量和产量构成因子对不同时期高温的响应。【结果】汕优63在三个时期均表现出较强的耐热性;Nagina 22在花期和灌浆期对高温耐性较强,但易受穗分化期高温影响;两优培九对不同时期高温均较敏感。汕优63在不同时期高温下均表现出稳定的伤流强度,而高温敏感品种两优培九的伤流强度受高温影响均显著下降。【结论】水稻对不同时期的高温耐性并不具有相关性,筛选或培育耐热品种时应考虑其对不同时期高温的综合耐受性。

Cao R J, Zhao S L, Jiao G A, et al.

OPAQUE3, encoding a transmembrane bZIP transcription factor, regulates endosperm storage protein and starch biosynthesis in rice

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1958-2018年广西早稻高温热害时空变化规律

中国农学通报, 2020, 36(29):107-113.

DOI:10.11924/j.issn.1000-6850.casb20190900685      [本文引用: 1]

为了掌握广西水稻高温热害的变化规律特征,为水稻生产制定防灾减灾对策提供决策依据,本研究利用广西89个气象观测站1958—2018年观测资料及地理信息数据,采用GIS技术、M-K突变分析和Morlet小波周期分析等方法,探究广西早稻高温热害发生的时间变化规律和空间分布等特征。结果表明:(1)1958—2018年广西早稻高温热害呈增长趋势,20世纪90年代为发生低谷期,21世纪10年代为高发期;(2)高温热害发生次数在2009年发生增多突变,除重度高温热害外,轻、中度高温热害次数变化均有突变发生;(3)高温热害发生频次存在18、32年左右的显著周期变化,预计2018年之后广西早稻高温热害仍处于高发期;(4)高温热害高发区位于左、右江河谷,桂中盆地和西江—浔江—郁江等流域区域,沿海地区发生频次少于内陆。以上研究结论对实现水稻丰产稳产优产具有重要的现实意义。

陈雷, 王强, 张晓丽, .

不同水稻基因型花期耐热性鉴定与评价

南方农业学报, 2021, 52(10):2641-2649.

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杨德卫, 张海峰, 余文权.

我国水稻种质资源创新研究与利用进展

植物遗传资源学报, 2024, 25(4):495-508.

DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.20231029001      [本文引用: 1]

农业种质资源主要包括农作物、畜禽、农业微生物和药用植物等种质资源。截止到2023年,我国保存的作物种质资源有超过54万份,其中有8万多份是水稻种质资源,如何对这么庞大的水稻种质资源进行精确评价与利用,这将对今后水稻种质创新与育种具有重要意义。本文梳理了我国水稻种质资源收集、评价与精确鉴定、水稻新品系创制、水稻杂种优势利用、水稻种质创制新技术、新方法以及水稻优异基因资源的挖掘与利用等方面的进展,并归纳形成了水稻种质资源创制与利用的新模式。最后,本文就当前水稻核心种质构建、种质资源鉴定与挖掘以及种质资源共享共赢机制等方面的问题进行了探讨,并就如何加强专用型核心种资的构建、种质资源的精确鉴定、种质资源的创新研究、种质资源的共享机制以及种质资源的合作交流进行了分析与展望,以期为进一步深入开展水稻种质资源鉴定评价与创新利用提供一定的参考和帮助。

穰中文, 周清明.

耐热水稻品种Nagina 22高温胁迫下的生理响应

植物遗传资源学报, 2012, 13(6):1045-1049.

DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.2012.06.020      [本文引用: 1]

为研究耐热水稻品种“Nagina 22”(N22)开花结实期高温胁迫下的主要生理响应,采用温室盆栽试验,在各供试材料的开花期,利用人工气候室进行高温胁迫处理。研究结果表明:N22在高温胁迫下不改变开花期但表现出日开花量的“转峰”;与N22相比,水稻感热品种“Moroberekan”花药开裂显著受阻,柱头上萌发的花粉数显著减少;花粉萌发数与花药开裂状况呈极显著的相关关系,进而表现出主穗结实率与柱头上花粉萌发数呈显著的相关关系;主穗日结实率在高温下呈递减趋势,且“Moroberekan”较N22的下降速率显著加快,表明耐热品种与表明高温胁迫对结实率存在“累积效应”,而且高温胁迫效应发生在开花授粉之前。

Wu C, Song Y J, Qi B B, et al.

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DOI:10.1007/s00344-022-10598-1      [本文引用: 2]

陶龙兴, 谈惠娟, 王熹, .

开花和灌浆初期高温胁迫对国稻6号结实的生理影响

作物学报, 2009, 35(1):110-117.

DOI:10.3724/SP.J.1006.2009.00110      [本文引用: 1]

为研究杂交稻对开花结实期高温胁迫的生理生态适应性,选用具代表性的主栽杂交稻组合国稻6号、协优46,人工设计极值高温40~42℃,自始穗期至此后15 d每天6 h行热害处理,以自然气候条件为对照,比较研究高温胁迫对国稻6号与协优46结实的生理影响。结果表明,国稻6号具较高的受孕小穗成粒效应,即不仅不孕小穗率低,而且秕谷率也低。国稻6号对开花结实期高温较协优46钝感,两者在小穗育性和热害指数上的差异达到显著水平(P&lt;0.05)。究其生理原因, (1)成熟期间稻株剑叶光能转化效率及光合效率较高,茎鞘储藏物质较丰;(2)成熟期间稻株仍具较强根系吸水能力与叶片蒸腾水平,维持蒸腾流利于光合物质运输;(3)成熟灌浆期稻株自动调节粒间顶端优势,增进迟开花的弱势粒充实成实粒。

曹云英, 段骅, 杨立年, .

减数分裂期高温胁迫对耐热性不同水稻品种产量的影响及其生理原因

作物学报, 2008, 34(12):2134-2142.

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以两个耐热性不同的籼稻品种为材料,在减数分裂期进行高温(白天温度&gt;35℃)处理,以同期自然温度(白天温度&lt;33℃)为对照,研究减数分裂期高温对产量的影响及其生理机制。结果表明,高温处理与对照相比,显著降低了热敏感品种双桂1号的花药开裂率及花粉育性,对耐热品种黄华占影响较小;明显降低了每穗颖花数、结实率和粒重,从而使产量显著下降,其中耐热品种下降幅度小于热敏感品种;热敏感品种粒宽显著缩短,长宽比显著增大,而对耐热型品种影响不大;明显降低了水稻的根系活力和幼穗的核糖核酸(RNA)含量,显著增加了叶片丙二醛(MDA)含量和幼穗的乙烯释放速率,热敏感品种变化幅度大于耐热品种;显著增加了耐热品种叶片的抗氧化酶活性,对热敏感品种无显著影响。总之,根系活力和抗氧化保护系统能力强、RNA含量高、MDA含量低及乙烯合成少是耐热性品种在高温胁迫下保持较高产量的重要生理原因。

Shi W, Ishimaru T, Gannaban R B, et al.

Popular rice (Oryza sativa L.) cultivars show contrasting responses to heat stress at gametogenesis and anthesis

Crop Science, 2015, 55(2):589-596.

DOI:10.2135/cropsci2014.01.0054      URL     [本文引用: 1]

Studies on heat tolerance in rice (Oryza sativa L.) have focused on a range of accessions that are currently not grown or cultivated in small localized geographic regions, while popular rice cultivars occupying millions of hectares have not been tested for their response to heat stress. Hence, 18 popular rice cultivars grown across tropical and subtropical regions were subjected to 38°C for 6 h of heat stress at anthesis and five selected contrasting entries were exposed to six consecutive days (6 h each day) of stress coinciding with both gametogenesis and anthesis. Among the tested entries, Ciherang was the most tolerant, after both 6 h at anthesis and 6 d of stress across both gametogenesis and anthesis, whereas Moroberekan and KDML‐105 were the most susceptible. Using a quick and easy phenotyping protocol and by considering all the sterile spikelets across target panicles, the crucial physiological window “spikelets with exserted anthers but with no ovule enlargement” was identified as the most sensitive stage with exposure to heat stress at both critical reproductive stages. Geographic origin of rice varieties was not clearly related to the degree of tolerance or susceptibility to heat stress because both conditions were observed in cultivars from each target region. Our findings complement other ongoing efforts that are using heat‐tolerant landraces and wild rice as donors to further increase tolerance to sustain global rice production under future warmer climate.

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Screening rice genetic resources for heat tolerance

Sabrao Journal of Breeding and Genetics, 2013, 45(3):341-351.

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Wei H, Liu J P, Wang Y, et al.

A dominant major locus in chromosome 9 of rice (Oryza sativa L.) confers tolerance to 48 °C high temperature at seedling stage

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Maruyama A, Weerakoon W M W, Wakiyama Y, et al.

Effects of increasing temperatures on spikelet fertility in different rice cultivars based on temperature gradient chamber experiments

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DOI:10.1093/jxb/erp294      PMID:19819927      [本文引用: 1]

Oryza meridionalis Ng. is a wild relative of Oryza sativa L. found throughout northern Australia where temperatures regularly exceed 35 degrees C in the monsoon growing season. Heat tolerance in O. meridionalis was established by comparing leaf elongation and photosynthetic rates at 45 degrees C with plants maintained at 27 degrees C. By comparison with O. sativa ssp. japonica cv. Amaroo, O. meridionalis was heat tolerant. Elongation rates of the third leaf of O. meridionalis declined by 47% over 24 h at 45 degrees C compared with a 91% decrease for O. sativa. Net photosynthesis was significantly higher in O. sativa at 27 degrees C whereas the two species had the same assimilation rates at 45 degrees C. The leaf proteome and expression levels of individual heat-responsive genes provided insight into the heat response of O. meridionalis. After 24 h of heat exposure, many enzymes involved in the Calvin Cycle were more abundant, while mRNA of their genes generally decreased. Ferredoxin-NADP(H) oxidoreductase, a key enzyme in photosynthetic electron transport had both reduced abundance and gene expression, suggesting light reactions were highly susceptible to heat stress. Rubisco activase was strongly up-regulated after 24 h of heat, with the large isoform having the largest relative increase in protein abundance and a significant increase in gene expression. The protective proteins Cpn60, Hsp90, and Hsp70 all increased in both protein abundance and gene expression. A thiamine biosynthesis protein (THI1), previously shown to act protectively against stress, increased in abundance during heat, even as thiamine levels fell in O. meridionalis.

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Screening of heat stress-tolerant weedy rice and SNP identification of heat- tolerance-related genes

Plant Biotechnology Reports, 2024, 18:659-672.

DOI:10.1007/s11816-024-00920-6      [本文引用: 1]

Rice, a staple crop that feeds more than one-third of the world’s population, encounters a wide range of biotic and abiotic stresses due to climate change. Rising temperature is one of the significant abiotic stresses affecting rice productivity worldwide. The development of heat-tolerant rice cultivars is critical in this regard. Weedy rice could potentially serve as a natural resource for genes conferring agronomically important traits beneficial to cultivated rice. However, heat tolerance in both cultivated and weedy rice is still understudied. This study screened a set of 180 weedy rice accessions for heat stress tolerance and further characterised them using genome-wide single-nucleotide polymorphisms (SNPs) analysis. Five heat-tolerant (HT) accessions (MU244, MU235, MU249, MU260 and MU237), along with five heat-susceptible (HS) accessions (MU100, MU114, MU264, MU251 and MU005), were subjected to relative electrical conductivity (REC) test and reactive oxidative species assay (ROS). These tests verified that the five HT accessions performed better under heat stress than their HS counterparts. In addition, whole-genome sequences of three HT (MU235, MU237 and MU066) and four HS (MU100, MU114, MU022 and MU005) accessions were selected for the genome-wide SNPs comparison, revealing substantial amino acid variation in the heat-tolerance-related genes between the HT and HS rice groups. The proposed genes and genome-wide SNP markers may help rice breeders better understand how different rice cultivars respond to heat stress.

Li X M, Chao D Y, Wu Y, et al.

Natural alleles of a proteasome α2 subunit gene contribute to thermotolerance and adaptation of African rice

Nature Genetics, 2015, 47(7):827-833.

DOI:10.1038/ng.3305      [本文引用: 1]

Kan Y, Mu X R, Zhang H, et al.

TT2 controls rice thermotolerance through SCT1-dependent alteration of wax biosynthesis

Nature Plants, 2022, 8(1):53-67.

DOI:10.1038/s41477-021-01039-0      PMID:34992240     

Global warming threatens crop production. G proteins mediate plant responses to multiple abiotic stresses. Here we identified a natural quantitative trait locus, TT2 (THEROMOTOLERANCE 2), encoding a Gγ subunit, that confers thermotolerance in rice during both vegetative and reproductive growth without a yield penalty. A natural allele with loss of TT2 function was associated with greater retention of wax at high temperatures and increased thermotolerance. Mechanistically, we found that a transcription factor, SCT1 (Sensing Ca Transcription factor 1), functions to decode Ca through Ca-enhanced interaction with calmodulin and acts as a negative regulator of its target genes (for example, Wax Synthesis Regulatory 2 (OsWR2)). The calmodulin-SCT1 interaction was attenuated by reduced heat-triggered Ca caused by disrupted TT2, thus explaining the observed heat-induced changes in wax content. Beyond establishing a bridge linking G protein, Ca sensing and wax metabolism, our study illustrates innovative approaches for developing potentially yield-penalty-free thermotolerant crop varieties.© 2021. The Author(s), under exclusive licence to Springer Nature Limited.

Zhang H, Zhou J F, Kan Y, et al.

A genetic module at one locus in rice protects chloroplasts to enhance thermotolerance

Science, 2022, 376:1293-1300.

DOI:10.1126/science.abo5721      PMID:35709289     

How the plasma membrane senses external heat-stress signals to communicate with chloroplasts to orchestrate thermotolerance remains elusive. We identified a quantitative trait locus, (), consisting of two genes, and, that interact together to enhance rice thermotolerance and reduce grain-yield losses caused by heat stress. Upon heat stress, plasma membrane-localized E3 ligase TT3.1 translocates to the endosomes, on which TT3.1 ubiquitinates chloroplast precursor protein TT3.2 for vacuolar degradation, implying that TT3.1 might serve as a potential thermosensor. Lesser accumulated, mature TT3.2 proteins in chloroplasts are essential for protecting thylakoids from heat stress. Our findings not only reveal a genetic module at one locus that transduces heat signals from plasma membrane to chloroplasts but also provide the strategy for breeding highly thermotolerant crops.

Cao Z B, Tang H W, Cai Y H, et al.

Natural variation of HTH5 from wild rice, Oryza rufipogon Griff., is involved in conferring high-temperature tolerance at the heading stage

Plant Biotechnology Journal, 2022, 20(8):1591-1605.

DOI:10.1111/pbi.v20.8      URL     [本文引用: 1]

Zhao D S, Zhang C Q, Li Q F, et al.

Genetic control of grain appearance quality in rice

Biotechnology Advances, 2022, 60:108014.

DOI:10.1016/j.biotechadv.2022.108014      URL     [本文引用: 1]

Dou Z, Tang S, Li G H, et al.

Application of nitrogen fertilizer at heading stage improves rice quality under elevated temperature during grain-filling stage

Crop Science, 2017, 57(4):2183-2192.

DOI:10.2135/cropsci2016.05.0350      URL     [本文引用: 2]

Global warming would deteriorate rice (Oryza sativa L.) quality, especially chalk characteristic. To better cope with the challenges from global warming, the effects of nitrogen (N) fertilizer at heading stage on rice quality under elevated temperature during grain‐filling stage were investigated. Four different growth regimes, including no warming without N fertilizer at heading stage (CK), elevated temperature without N fertilizer at heading stage (ET), elevated temperature with N fertilizer at heading stage (ET+N), no warming with N fertilizer at heading stage (CK+N), were conducted. Elevated temperature during grain filling was achieved by a free‐air temperature enhancement facility with the increase of 4°C in ET and 3.7°C in ET+N. Results showed that elevated temperature decreased rice appearance quality and cooking quality and increased rice nutritional quality and eating quality. Grain‐filling rate and amyloplast development for both superior and inferior spikelets were obviously accelerated during early grain‐filling stage by elevated temperature. The application of N fertilizer at heading stage could inhibit the deterioration of rice quality, particularly for chalk performance, and may be associated with the alleviation of grain‐filling rate and amyloplast development. The above evidence indicated that the application of N fertilizer at heading stage is efficient to mitigate rice quality deterioration under higher temperatures in the Yangtze River Valley.

易晓璇, 刘玮琦, 曾盖, .

灌浆期高温胁迫对早籼稻品质性状的影响

中国水稻科学, 2024, 38(1):72-80.

DOI:10.16819/j.1001-7216.2024.221114      [本文引用: 1]

【目的】研究灌浆期高温胁迫对早籼稻碾磨、外观和蒸煮食味品质的影响,揭示早籼稻品质性状对灌浆期高温胁迫的响应规律。【方法】以R996、湘早籼45号和6个新育成的早籼稻品系为试验材料,以分期播种方式利用自然高温进行胁迫处理,分析了供试品系的碾磨、外观和蒸煮食味品质,筛选出对高温钝感和敏感的水稻品系,探究稻米品质性状对灌浆期高温胁迫的响应规律。【结果】稻米品质性状对灌浆期不同时段温度的敏感性不同,始穗后10 d内温度对稻米碾磨品质和蒸煮食味品质影响最显著,始穗后30 d内温度对稻米外观品质影响最显著。稻米品质对灌浆期高温胁迫的响应因性状而异,灌浆期高温胁迫显著降低糙米率、精米率、整精米率和粒长,显著提高垩白粒率、垩白度,劣化了稻米碾磨品质和外观品质;显著降低直链淀粉含量,提高米饭外观、米饭口感和米饭黏度,提升了米饭适口性。水稻品系对高温胁迫的响应因稻米品质性状而异,Q3、Q8、Q11、Q13属于碾磨品质高温钝感品系,Q3、Q4、Q5和Q11属于外观品质高温钝感品系且高温下蒸煮食味品质优。【结论】灌浆期高温胁迫会降低稻米的碾磨品质和外观品质,提高米饭适口性。水稻品系Q3和Q11碾磨品质、外观品质好且高温钝感,蒸煮食味品质优良,可望为早籼稻优质育种提供新的种质资源。

Dou Z, Tang S, Chen W Z, et al.

Effects of open-field warming during grain-filling stage on grain quality of two japonica rice cultivars in lower reaches of Yangtze River delta

Journal of Cereal Science, 2018, 81:118-126.

DOI:10.1016/j.jcs.2018.04.004      URL    

王文婷, 马佳颖, 李光彦, .

高温下不同施肥量对水稻产量品质形成的影响及其与能量代谢的关系分析

中国水稻科学, 2023, 37(3):253-264.

DOI:10.16819/j.1001-7216.2023.220808      [本文引用: 1]

【目的】近年来极端高温天气频发,严重抑制水稻产量品质形成,优化植株营养状态,改善能量代谢可减缓高温热害,但高温下不同施肥量对籽粒能量代谢的影响及其与产量、品质及耐热性形成的影响仍未见报道,其作用机制的阐明可为水稻耐热性抗风险栽培技术研发提供重要理论依据。【方法】以浙江省推广大面积较大的单季杂交籼稻品种中浙优8号为材料,采用人工气候室盆栽的试验方法开展研究。设置不施肥(0-NPK)、1/2肥料(1/2-NPK)和正常施肥(1-NPK)三个肥料用量处理,开花当天移至人工气候室高温处理15d(高温处理设置昼/夜分别为36/28℃,常温对照设置昼/夜分别为28/25℃)。【结果】无论常温或高温下,在供试肥料水平下随着施肥量增加,中浙优8号产量、结实率及千粒重均呈逐渐增加的趋势;高温下,结实率、千粒重的下降幅度随施肥量增加而下降。然而,整精米率随施肥量增加而下降,垩白度则呈增加的趋势。高温处理后籽粒可溶性糖、MDA、H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>、腺苷三磷酸酶(ATPase)及PARP [poly(ADP-ribose) polymerase]含量高于常温对照处理,淀粉、非结构性碳水化合物、抗氧化酶活性及ATP含量则低于常温对照。无论常温或高温下非结构性碳水化合物、抗氧化酶活性、ATP及ATPase均随着施肥量的增加而提高,而MDA、H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>及PARP含量则呈下降趋势。常温下,能量感受器基因SnRK1A及SnRK1B相对表达量随施肥量增加而下降,而TOR则呈增长趋势。与常温对照相比,高温处理后SnRK1A上调表达,而TOR相对表达量随施肥量增加而上调。【结论】增施肥料能有效缓解花期高温对水稻结实率及千粒重的影响,但外观品质与加工品质存在变劣的趋势。常温下,增施肥料品质变劣可能与籽粒灌浆速率加快有关,而高温导致品质下降主要在于能量不足,难以满足产量及品质形成的需求。

马廷臣, 夏加发, 王元垒, .

抽穗扬花期高温胁迫对水稻主要品质指标的影响

生物技术进展, 2015, 5(5):351-358.

DOI:10.3969/j.issn.2095-2341.2015.05.05      [本文引用: 3]

高温热害对水稻生产造成了巨大的损失。利用国际水稻研究所耐热圃材料,在抽穗扬花期进行高温处理,研究了该时期高温胁迫对水稻主要品质评价指标的影响,结果如下:水稻耐热圃材料的耐热性有较大的差别,依然存在高温相对敏感材料;抽穗扬花期高温胁迫对水稻主要品质评价指标影响较大;高温胁迫对水稻籽粒的透明度、长宽比、垩白率、糊化温度和蛋白质含量等品质指标与品种的耐热性相关关系不大;高温胁迫下直链淀粉含量变化与品种耐热系数表现出显著的正相关关系(r=0.659 78);高温胁迫下胶稠度变化与不同水稻品种的耐热系数呈显著的负相关关系(r=-0.516 70)。

季平, 刘金龙, 柳浩, .

抽穗期高温胁迫对不同水稻品种产量构成和品质的影响

作物杂志, 2024(1):117-125.

[本文引用: 1]

徐泽俊, 齐玉军, 邢兴华, .

黄淮海大豆种质农艺与品质性状分析及综合评价

植物遗传资源学报, 2022, 23(2):468-480.

DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.20210915001      [本文引用: 2]

以 303 份黄淮海地区大豆种质资源为研究对象,利用变异系数和 Shannon-Weaver 多样性指数对 11 个农艺性状和2 个品质性状进行多样性分析,通过主成分、相关性以及逐步回归分析对大豆种质资源进行综合评价和评价指标筛选,为黄淮海大豆种质创新和品种选育提供参考。结果表明:13 个性状变异系数的变化范围为 5.52%~27.61%,生育日数、每荚粒数、蛋白含量、脂肪含量等 4 个性状较稳定,株高、单株粒数、单株荚数、单株粒重、百粒重等 5 个性状变异丰富;13 个性状多样性指数变化范围为 1.9906~2.0956。聚类分析将 303 份大豆种质资源分为 7 个类群,其中第Ⅴ类群综合性状最好,可作为黄淮海大豆育种的优质亲本。主成分分析将 13 个性状简化为 4 个主成分,累积贡献率为 75.051%,第 1 主成分与单株荚数、粒数有关;第 2 主成分与蛋白质、脂肪含量有关;第 3 主成分与籽粒大小有关;第 4 主成分与单株产量有关。303 份大豆种质资源综合评价 F 值均值为 0.549,ZDD04189 涟水天鹅蛋的 F 值最高(0.935),ZDD23089 晋品 42 的 F 值最低(0.207)。通过逐步回归分析得到生育日数、株高、单株粒数、单株粒重、蛋白质含量等 5 个表型性状,可以作为黄淮海大豆种质表型综合评价的主要指标。

杨陶陶, 邹积祥, 伍龙梅, .

开放式增温对华南双季稻稻米品质的影响

中国水稻科学, 2023, 37(1):66-77.

DOI:10.16819/j.1001-7216.2023.220402      [本文引用: 1]

目的 华南双季稻区是我国优质籼稻的主产区之一,研究气候变暖对华南双季稻稻米品质的影响具有重要意义。方法 采用稻田开放式主动增温系统对早稻(合丰丝苗,2020年;粤禾丝苗,2021年)和晚稻(粤禾丝苗,2020和2021年)进行全生育期昼夜不间断增温处理,分析增温对早、晚稻加工、外观、营养和食味品质的影响。结果 与不增温处理相比,增温(早稻,1.5~1.8 ℃;晚稻1.9~2.0 ℃)对早、晚稻糙米率均无显著影响。增温条件下,早稻精米率和整精米率均显著降低,而晚稻精米率和整精米率无显著变化。增温对垩白粒率和垩白度的影响在早、晚稻之间呈相反趋势;增温显著提高早稻垩白粒率和垩白度,而降低晚稻垩白粒率。增温条件下,早、晚稻直链淀粉含量均显著降低,而蛋白质含量呈升高趋势。此外,增温提高早、晚稻稻米峰值黏度和米饭黏性,降低其消减值及晚稻糊化温度和米饭硬度。相关分析表明,增温条件下,早、晚稻糊化特性和米饭质构的改变主要与直链淀粉含量的降低有关。结论 增温导致早稻加工和外观品质变差,而有利于改善其营养和食味品质。增温条件下,晚稻外观、营养和食味品质均有改善。

张桂莲, 陈立云, 张顺堂, .

高温胁迫对水稻花器官和产量构成要素及稻米品质的影响

湖南农业大学学报(自然科学版), 2007(2):132-136.

[本文引用: 1]

李小湘, 姚奕, 潘孝武, .

地方稻资源D43的开花期耐热特性研究

植物遗传资源学报, 2017, 18(2):275-282.

[本文引用: 1]

肖本泽, 南波, 张方玉.

长江中下游流域水稻试验品种的耐热性鉴定

中国稻米, 2022, 28(6):21-26.

DOI:10.3969/j.issn.1006-8082.2022.06.005     

高温热害已成为影响我国特别是长江流域水稻生长发育及高产稳产的主要限制因素之一。本研究利用大田自然高温、温室高温两种环境对2018—2020年的1 379份水稻材料的开花期耐热性进行了鉴定和评价,系统分析了不同年份间、不同品种类型间、不同来源渠道品种间耐热性情况。结果表明,供试材料中耐热性达到1、3、5、7、9级的品种比例分别为11.96%、66.78%、18.06%、2.76%和0.44%,且耐热品种呈逐年增多的趋势;两系杂交稻、三系杂交稻、常规稻中开花期耐热性达到强至较强(1级和3级)的品种占比分别为82.57%、73.45%和60.00%,不同类型品种的耐热性表现为两系杂交稻&gt;三系杂交稻&gt;常规稻;国家(省)区试、绿色通道、联合体渠道来源的品种的开花期耐热性整体表现相似。本试验综合利用大田自然高温、温室高温两种环境建立了一套水稻开花期耐热性鉴定规程和评价方法,可以对供试材料在不同年份、不同环境、不同程度热胁迫下的耐热性做出相对一致、客观的评价。

黎毛毛, 廖家槐, 张晓宁, .

江西省早稻品种抽穗扬花期耐热性鉴定评价研究

植物遗传资源学报, 2014, 15(5):919-925.

[本文引用: 1]

陈劲, 唐文帮.

水稻耐极端高温育种研究进展

杂交水稻, 2024, 39(3): 1-11.

[本文引用: 1]

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