耐低溫發芽水稻種質資源篩選

郭濤 王海鳳 薛芳 房文文 姜艷芳 張煥霞 林香青 張士永

摘要：水稻種子在低溫條件下的萌發活力決定了其田間出苗能力，與直播技術密切相關，并最終決定水稻的產量。本研究以114份水稻種質資源為試驗材料，以14℃低溫條件下17天的發芽率為評價指標，將種質資源耐低溫發芽能力劃分為強、中、弱三個等級。篩選到魯粳1號、輻香1號、旱稻白芒、早桂選、87-45、IR36、津輻1號、60-7共8份耐低溫發芽能力強的種質材料，為培育低溫發芽能力強、適宜直播的水稻新品種提供了育種材料。

關鍵詞：耐低溫;水稻;種質資源;發芽率

中圖分類號：S511.037 ?文獻標識號：A ?文章編號：1001-4942（2020）01-0037-05

Abstract ?The seed germination vigor under low temperature determines the seedling emergence in field and is closely related with the direct seeding technology， which determines the rice grain yield. In this study， the seed vigor of 114 rice germplasm resources was identified with the germination rate as indicator under 14℃ after 17 days. The germination capability of the rice germplasms under low temperature was divided into strong， medium and weak degrees. Eight germplasms including Lujing 1， Fuxiang 1， Handao Baimang， Zaoguixuan， 87-45， IR36， Jinfu 1 and 60-7 were selected with high germination rate under low temperature， which provided resources for breeding rice varieties with strong germination capability under low temperature and suitable for direct seeding.

Keywords Resistance to low temperature; Rice; Germplasm resources; Germination rate

水稻是我國最重要的糧食作物，我國一半以上的人口以大米為主食。隨著經濟發展和農村勞動人口向城鎮轉移，省工、省時、省力的直播水稻越來越受到關注，種植面積越來越大。在我國北方地區，播種季常受低溫冷害的影響，造成種子發芽不整齊、缺苗斷壟等現象，因此，要求直播水稻品種在低溫條件下仍具有很高的發芽率。發芽期耐冷性又稱低溫發芽能力，是直播水稻應具備的重要耐冷性狀。水稻品種間低溫發芽能力存在很大差異，研究認為，水稻耐低溫發芽能力是由多個基因控制的數量性狀位點，廣泛分布于水稻全基因組，遺傳機制復雜[1-6]。曹微等[1]開展了23個水稻親本材料在低溫和低氧逆境下的發芽試驗，低溫發芽率在0～82%之間，經過綜合評價，W22（Khazar）在低溫和低氧條件下綜合表現最好。Fujino 等[2]研究發現，Italica Livorno和Hayamasari兩品種在低溫發芽能力方面存在巨大差異，15℃條件下7天的種子萌發率分別為98.7%和26.8%;來自意大利的品種Italica Livorno的等位基因能夠提高低溫條件下種子萌發率，其中位于第3染色體的主效QTL qLTG3-1對表型的貢獻率超過35%。Suh等[3]考察了韓國野生稻的低溫發芽能力，檢測到3個QTLs位點，分別位于第5、6和11染色體上，表型貢獻率在11.4%～18.6%之間。紀素蘭[4]和侯明語[5]等利用不同的重組自交系材料在第1、2、5、6、7、8、9、11和12染色體上檢測到11個低溫萌發相關位點。滕勝等[6]利用ZYQ8和JX17構建的DH群體檢測到2個QTLs;位于第9染色體上的qLTG-9在第8～11 d發揮正向效應，來自JX17的等位基因能夠提高發芽率;而位于第4染色體上的qLTG-4則在第12～16 d發揮相反的作用，來自JX17的等位基因降低低溫發芽率。Ma等[7]克隆了世界上首個水稻耐冷性基因COLD1，并闡明了其工作機理，為耐冷性研究提供了參考。楊佳等[8]根據COLD1基因中的SNP位點設計開發了耐低溫基因的dCAPS分子標記，并利用7個水稻品種和96個秈粳交F2個體驗證了標記的準確性。上述研究為培育耐低溫發芽能力強的、適宜直播的水稻新品種提供了理論指導。

本研究通過考察不同天數的水稻低溫發芽率，確定了14℃低溫條件下17天為檢測低溫發芽率的最適時間，該時期的發芽率指標能夠充分區分不同種質資源耐低溫發芽能力的差異。以此評價指標，綜合評價耐低溫發芽能力，篩選出14℃低溫條件下發芽迅速、幼芽生長快的水稻種質資源，可為培育適宜提早直播、耐低溫發芽能力強的水稻新品種提供材料。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以山東省水稻研究所種質資源庫中保存的114個水稻種質作為試驗材料（表1），于2018年正季種植于水稻所試驗基地，每個材料種植10株，成熟后去除明顯不同的單株，混收其余單株的種子，晾曬后室溫保存6個月，用于低溫發芽試驗。

1.2 試驗設計

每個材料挑選3份籽粒飽滿的種子，每份50粒。將種子經75%乙醇浸泡10 min消毒，蒸餾水沖洗2遍，均勻排放于墊雙層濾紙的培養皿中，每個培養皿加純凈水50 mL，48 h后種子吸水飽和，將水倒出，然后重新加入3～5 mL純凈水，保持濾紙濕潤。將其中的2份放入14℃恒溫培養箱中暗培養，開始計時;另1份種子作為對照，在32℃恒溫培養箱中暗培養7 d，調查種子發芽情況，所有材料發芽率均超過80%，表明種子發芽率正常，無休眠性影響。

1.3 發芽指標調查及數據分析

參照《水稻種質資源描述規范和數據標準》進行發芽情況調查統計。低溫處理7 d后開始每2 d調查一次發芽率，第17天最后一次調查;每個材料隨機選取5粒發芽種子，測量芽長（不足5粒的只測量發芽的種子）。采用Microsoft Excel軟件進行數據整理和統計分析。

發芽標準：以芽長達到種子長度的一半、根長達到種子長度時記為發芽。

發芽率：GA（%）=N1/N2×100，式中GA為發芽率（%），N1為發芽粒數，N2為供試總粒數。

平均發芽天數：GD=[∑（D×N3）]/N1，式中GD為平均發芽天數，D為浸種后天數（d），N3為當日發芽粒數，N1為總發芽粒數。

發芽率系數：GI=GA/GD，式中GI為發芽率系數，GA為發芽率（%），GD為平均發芽天數。

耐冷性評價方法：按照韓龍植等[9]的評價方法，以培養17 d的發芽率作為發芽期耐冷性評價指標。發芽率>80%，耐冷級別為1，耐冷性強;發芽率60%～80%，耐冷級別為5，耐冷性中等;發芽率<60%，耐冷級別為9，耐冷性弱。

2 結果與分析

2.1 低溫處理對不同水稻種質發芽率的影響

種子發芽是水稻生長的重要環節，發芽率高，表示種子有活力，播種后出苗多，能為齊苗、高產打下基礎。結果（圖1）顯示，處理9 d，所有材料發芽率均未超過10%;隨低溫處理時間延長，不同材料間發芽能力的差異越來越顯著，處理17 d時差異最顯著，能夠將各材料的低溫發芽能力較好地顯現出來。魯粳1號、輻香1號、旱稻白芒、早桂選、87-45、IR36、津輻1號、60-7共8份材料的發芽率超過80%，低溫發芽能力強;臨稻3號等30份材料的發芽率在60%～80%之間，低溫發芽能力中等;日本晴等76份材料的發芽率不足60%，低溫發芽能力弱（表1、表2）。

2.2 低溫處理對不同水稻種質材料低溫發芽天數、發芽系數和芽長的影響

發芽天數表明種子達到最高發芽率所用時間的長短。低溫處理使材料的發芽天數普遍延長，供試種質材料的平均發芽天數分布見圖2，大部分材料的平均發芽天數分布在15.6～16.5之間;所有供試材料的平均發芽天數的均值為15.9 d，耐低溫發芽能力強、中、弱的品種平均發芽天數分別為15.4、15.7、16.1 d。雙樣本等方差t-測驗發現，耐低溫發芽能力強和中的品種平均發芽天數無顯著差異，而與耐低溫發芽能力弱的品種差異顯著（表3）。

發芽系數為發芽率與平均發芽天數的比值，數值越大，表明發芽越快、越整齊。如圖3，供試種質材料的發芽系數主要分布在1～5，有30份材料的發芽系數在2～3之間。供試水稻種質材料的平均發芽系數為2.98，強、中和弱耐低溫發芽種質材料的發芽系數分別為5.54、4.48和2.12，雙樣本等方差t-測驗顯示兩兩間均達到顯著差異（表3）。

低溫會顯著延緩幼芽生長。低溫處理17 d，不同水稻種質材料幼芽生長存在顯著差異，其中有82份材料的芽長分布在3.0～4.5 mm之間（圖4）。供試材料平均芽長3.73 mm，耐低溫能力強、中、弱種質材料的平均芽長分別為4.46、4.12、3.51 mm，雙樣本等方差t-測驗結果顯示強、中種質材料間差異不顯著，但顯著高于耐低溫能力弱的種質（表3）。

3 討論與結論

水稻直播具有生產成本低、操作簡便等優點，已越來越普及，直播面積越來越大。由于水稻播種季節常常遭遇低溫冷害，造成種子發芽不整齊、缺苗斷壟等現象，影響直播水稻生產。因此，耐低溫發芽能力強的水稻品種更適合直播栽培。

關于水稻耐低溫發芽能力鑒定，韓龍植等[9]低溫處理水稻種子7、14 d后調查種子發芽率、平均發芽天數、發芽系數等，并用發芽率來評價發芽期耐冷性。王麗艷等[10]以種子萌發指標和幼苗生長指標的相對值作為耐低溫性評價指標，并利用隸屬函數法對11個水稻品種進行耐低溫性綜合評價，認為發芽勢、發芽率、發芽指數、株高、根干重、根表面積和根體積可作為水稻品種耐低溫性的鑒定指標。為了使鑒定結果更加準確，本研究參考上述方法并進行優化，處理7 d后開始每隔1 d調查一次發芽率，結果發現處理17 d的發芽率能夠更好地將不同材料的耐低溫發芽能力區分開來。以14℃處理17 d的發芽率為指標，通過評價篩選出耐低溫發芽能力強的水稻種質材料8份，耐低溫性中等的30份，弱的76份，為培育低溫條件下發芽能力強的水稻新品種提供了材料。

參 考 文 獻：

[1] 曹微，王燕，譚斌，等. 水稻品種直播相關的種子低溫和低氧萌發活力評價 [J].分子植物育種， 2019， 21（10）： 58-65.

[2] Fujino K， Sekiguchi H， Sato T， et al. Mapping of quantitative trait loci controlling low-temperature germinability in rice （Oryza sativa L.） [J].Theoretical and Applied Genetics， 2004， 108（5）： 794-799.

[3] Suh J P， Ahn S N， Moon H P， et al. QTL analysis of low temperature geminability in a Korean weedy rice （Oryza sativa L.）[J]. Rice Research Newsletter， 1999，16： 53-55.

[4] 紀素蘭，江玲，王益華，等. 利用回交重組自交群體檢測水稻耐低溫發芽數量性狀基因座[J].南京農業大學學報， 2007，30（1）：1-6.

[5] 侯明語，王春明，江玲，等. 水稻低溫發芽力QTL定位和遺傳分析[J].遺傳學報， 2004，31（7）：701-706.

[6] 滕勝，曾大力，錢前，等. 低溫條件下水稻發芽力QTL的定位分析[J].科學通報， 2001， 46（13）：1104-1108.

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[8] 楊佳，曹黎明，周繼華，等.水稻耐低溫基因COLD1功能標記的開發及應用[J].分子植物育種， 2019，17（18）：6028-6032.

[9] 韓龍植，張三元. 水稻耐冷性鑒定評價方法[J]. 植物遺傳資源學報， 2004，5（1）：75-80.

[10] 王麗艷，唐金敏，鄭桂萍，等. 水稻萌發期和幼苗期耐低溫指標體系構建及綜合評價[J].中國農業科技導報， 2019， 21（10）： 58-65.