高温区水稻开花期耐热性鉴定方法

1.本发明涉及水稻选种育种技术领域，特别涉及一种水稻开花期耐热性的鉴定方法。


背景技术：

2.耐高温高产型水稻品种选育一直是水稻育种工作研究的热点问题。温度是影响水稻生长发育与产量品质形成的主要生态因子之一。当环境温度超过水稻生长范围临界值时，就会影响水稻生长发育。水稻在含苞、抽穗期对温度极为敏感(即抽穗前后各10天)，最适宜的温度为25℃～30℃，日平均温度30℃以上就会产生不利影响。孕穗期如遇35℃以上的持续高温，水稻花器发育不全，花粉发育不良，活力下降；抽穗扬花期如遇35℃以上高温就会产生热害，影响散粉和花粉管伸长，导致不能受精而形成空壳粒，造成结实率下降，千粒重偏低，甚至绝收。抽穗开花期的极端高温会造成水稻结实率显著下降而大幅度减产。进入21世纪以来，全球气候变暖情况愈发严重，全球范围内高温极端天气频发、程度不断加强。2022年4月至8月，中国华北、华南、长江流域地区经历了近60年最严重的高温天气，高温程度强，持续时期长。高温导致水稻大幅度减产已成为威胁粮食安全的关键问题，加快培育具有耐高温特性的高产水稻品种迫在眉睫。
3.中国农业部于2017年发布了《水稻高温热害鉴定与分级》农业行业标准(ny/t2915-2016)，该标准利用人工气候箱鉴定法和田间验证法，利用高温相对结实率(heat relative fertility rate,hrfr)将水稻高温耐性分为1级(强耐热型，hrfr≥95)、2级(耐热型，75≤hrfr＜95)、3级(中间型，55≤hrfr＜75)、4级(不耐热型，35≤hrfr＜55)、5级(极不耐热型，hrfr＜35)5个高温耐热等级，该标准可适用于水稻材料耐高温性的基础鉴定及分级。而在实际育种工作过程中，为获得具有较高耐高温特性的水稻品种，育种家通常会在具有较高的耐高温特性的水稻资源中选育水稻亲本材料，而这些材料的高温相对结实率通常均高于50％。水稻抽穗期遭遇高温热害的表型差异是多方面的，现有耐热性分级标准用单一指标将难以全面、准确地评判不同品种抽穗期期耐热性的强弱。
4.因此，为进一步对具备高耐高温特性的水稻品种鉴定和选育分级，亟需更合理的综合评价指标和方法以推进耐高温高产型水稻品种选育工作。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的是提供一种高温区水稻开花期耐热性鉴定方法，以解决如何更准确的鉴定水稻开花期耐热性的技术问题。
6.本发明高温区水稻开花期耐热性鉴定方法包括以下步骤：
7.1)选取试验用的水稻材料；
8.2)将水稻材料按不同时期播种到大田试验区，并选取大田试验区中的部分水稻苗进行盆栽，各试验区水稻及盆栽水稻管理措施相同；
9.自水稻孕穗期时，从盆栽水稻中随机选取若干盆转运至人工气候室，人工气候室
温度设置为：日平均温度32℃，最高温度38℃；在人工气候室处理一周后将盆栽水稻运回田间继续生长；
10.3)待水稻成熟后，在每期水稻材料中随机抽取若干株，收获全部稻穗以考察产量性状，所述产量性状包括：饱粒数、秕粒数、空壳数；
11.4)根据水稻产量性状计算水稻开花期耐高温评价指标，所述水稻开花期耐高温评价指标包括水稻的实际结实率和结实率稳定系数；
12.实际结实率指已经受精结实的颖花占总颖花的比率，计算公式如下：
13.ssr＝(fg sg)/(fg sg eg)*100
14.其中：ssr为实际结实率；fg为饱粒数，单位为粒；sg为秕粒数，单位为粒；eg为空壳数，单位为粒；
15.结实率稳定系数为水稻受高温影响后的实际结实率与未受高温影响正常生长的实际结实率的比值，计算公式如下：
16.hrfr＝a/b*100
17.其中，hrfr为结实率稳定性；a为水稻受高温影响后的实际结实率；b为水稻未受高温影响正常生长的实际结实率；
18.5)根据水稻结实率和结实率稳定性确定水稻开花期的耐高温级数，水稻开花期耐热性分级标准如下：
19.结实率稳定系数＞0.9且受高温影响后的实际结实率＞85％的水稻材料耐高温级数规定为1，作为强耐高温材料；
20.结实率稳定系数＞0.9且受高温影响后的实际结实率在85％-80％之间或结实率稳定系数在0.8-0.9之间且高温下实际结实率＞80％的水稻材料耐高温级数规定为3，作为耐高温材料；
21.结实率稳定系数在0.8-0.9之间且受高温影响后的实际结实率在70％-80％之间或结实率稳定系数在0.7-0.8之间且受高温影响后的实际结实率在＞70％的水稻材料耐高温级数规定为5，作为较耐高温材料；
22.结实率稳定系数为0.7-0.8且高温下实际结实率在60％-70％之间或结实率稳定系数在0.6-0.7之间且高温下实际结实率在＞60％的水稻材料耐高温级数规定为7，作为不耐高温材料；
23.结实率稳定系数＜0.6且高温下实际结实率＜60％的水稻材料耐高温级数规定为9，作为极不耐高温材料。
24.本发明的有益效果：
25.本发明高温区水稻开花期耐热性鉴定方法，其不仅提高了稳定系数要求，而且考虑了生产实际中实际结实率这一重要生产指标，耐热品种的划分标准更加严格、评价过程契合生产实际，评级标准适合高温热害区，耐热性品种鉴定更准确，有利于加速在耐热性品种选育方面的突破。
附图说明
26.图1表示不同水稻试验材料高温结实率和结实率稳定性的二维分布；图1中a、c、e分别为应用现有评级标准对恢复系、保持系和品种进行耐热性评价的二维分布情况；图1中
b、d、f分别为应用实施例中水稻开花期耐热性分级标准对恢复系、保持系和品种进行耐热性评价的二维分布情况；
27.图2表示自然高温和人工气候室高温结实率稳定性和高温结实率差异，图2中ad、be、cf分别是恢复系、保持系、品种。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
29.本实施例中高温区水稻开花期耐热性鉴定方法包括以下步骤：
30.1)选取试验用的水稻材料；
31.2)将水稻材料按不同时期播种到大田试验区，播种株行距规格相同，并选取大田试验区中的部分水稻苗进行盆栽，各试验区水稻及盆栽水稻管理措施相同；
32.自水稻孕穗期时，从盆栽水稻中随机选取若干盆转运至人工气候室，人工气候室温度设置为：日平均温度32℃，最高温度38℃；在人工气候室处理一周后将盆栽水稻运回田间继续生长；
33.3)自水稻抽穗时记录每期始穗期与齐穗期日期，待水稻成熟后，在每期水稻材料中随机抽取若干株，收获全部稻穗以考察产量性状，所述产量性状包括：饱粒数、秕粒数、空壳数；
34.4)根据水稻产量性状计算水稻开花期耐高温评价指标，所述水稻开花期耐高温评价指标包括水稻的实际结实率和结实率稳定系数；
35.实际结实率指已经受精结实的颖花占总颖花的比率，计算公式如下：
36.ssr＝(fg sg)/(fg sg eg)*100
37.其中：ssr为实际结实率；fg为饱粒数，单位为粒；sg为秕粒数，单位为粒；eg为空壳数，单位为粒；
38.结实率稳定系数为水稻受高温影响后的实际结实率与未受高温影响正常生长的实际结实率的比值，计算公式如下：
39.hrfr＝a/b*100
40.其中，hrfr为结实率稳定性；a为水稻受高温影响后的实际结实率；b为水稻未受高温影响正常生长的实际结实率；
41.5)根据水稻结实率和结实率稳定性确定水稻开花期的耐高温级数，水稻开花期耐热性分级标准如下：
42.结实率稳定系数＞0.9且受高温影响后的实际结实率＞85％的水稻材料耐高温级数规定为1，作为强耐高温材料；
43.结实率稳定系数＞0.9且受高温影响后的实际结实率在85％-80％之间或结实率稳定系数在0.8-0.9之间且高温下实际结实率＞80％的水稻材料耐高温级数规定为3，作为耐高温材料；
44.结实率稳定系数在0.8-0.9之间且受高温影响后的实际结实率在70％-80％之间或结实率稳定系数在0.7-0.8之间且受高温影响后的实际结实率在＞70％的水稻材料耐高温级数规定为5，作为较耐高温材料；
45.结实率稳定系数为0.7-0.8且高温下实际结实率在60％-70％之间或结实率稳定
系数在0.6-0.7之间且高温下实际结实率在＞60％的水稻材料耐高温级数规定为7，作为不耐高温材料；
46.结实率稳定系数＜0.6且高温下实际结实率＜60％的水稻材料耐高温级数规定为9，作为极不耐高温材料。
47.下面为采用实施例中高温区水稻开花期耐热性鉴定方法进行水稻开花期耐热性分级的试验。
48.试验概况
49.大田试验于2021年4月至8月在西南大学水稻研究所试验基地以及四川农科院泸州试验基地进行。试验材料选用西南地区的37个恢复系材料、22个保持系材料，58个水稻品种共117个水稻材料。
50.试验设计
51.试验选用西南地区共117个水稻材料，分5个时期进行播种，分别为：4月16日、4月26日、5月6日、5月16日和5月26日。播种株行距规格为16.67cm
×
26.66cm，每个试验小区面积为5m2。试验区3米高处运用防鸟网完全覆盖，以防止鸟类采食影响试验结果。其他管理措施同一般大田。
52.人工气候室控制试验选取盆栽种植方式，种植盆规格为：高22.0cm，长23cm，宽19cm。选用大田试验于4月26日播种同期育成的秧苗(避免其在人工气候室处理前遭遇自然高温而受害)，每个水稻材料共种植盆栽6盆，移栽后置于田间，水肥管理措施同一般大田。人工气候室温度设置为：日平均温度32℃，最高温度38℃。
53.样品采集及处理
54.大田试验中，自水稻抽穗时记录每期始穗期与齐穗期日期，每个材料随机选取10株，始穗分蘖逐一挂牌，每个材料选择20个单株始穗单穗进行挂牌(选择经历高温期的稻穗)，待水稻成熟后，在每期水稻材料中随机抽取10株，收获全部挂牌稻穗以考察产量性状。
55.人工气候室控制试验，自水稻孕穗期时，从每种水稻材料随机选取3盆转运至人工气候室，于高温环境下处理一周后运回田间继续生长。对在此期间抽穗开花的稻穗进行挂牌做好标记，待水稻成熟后单独收种考种。水稻考种包括穗长、穗实粒数、穗空壳数等基本产量构成指标。利用相关产量性状计算水稻材料的结实率与耐高温系数。
56.耐高温综合评价计算方法
57.选用受高温影响后的实际结实率以及高温结实率稳定系数为耐热水稻筛选指标，综合分析两个生态位的大田数据以及人工气候室控制试验数据。其中相关指标计算如下：
58.(1)ssr:水稻实际结实率，单位为百分率(％)；计算公式如下：
59.ssr＝(fg sg)/(fg sg eg)*100
60.(2)hrfr：结实率稳定性，单位为百分率(％)；计算公式如下：
61.hrfr＝a/b*100
62.(3)综合耐热指数
63.其中，hrln为自然条件下水稻耐热级数，hrla为人工控制条件下水稻耐热级数。
64.耐热性鉴定方法试验材料
65.已有研究表明，抽穗后3d平均最高温度≥35℃作为籼稻品种热害的临界温度。第一期播种的水稻材料抽穗期没有经历高温胁迫，设为对照组；其余播期的水稻材料抽穗期
经历自然高温胁迫，选择经历高温且结实率最低的一组为高温组。
66.不同耐热性评价分级差异
67.利用现有耐热性分级标准对参试水稻材料进行耐热性类型划分(图1中ace)时，水稻材料可被划分为三类。其中结实率稳定性≥95％的水稻材料为1级称为强耐热型水稻材料；结实率稳定性在75～95％之间的水稻材料为2级称为耐热型水稻材料；结实率稳定性在55～75％之间的水稻材料为3级称为中间型型水稻材料。按照现有标准划分，范围过于宽泛，尤其是对于特异性材料难以进行评价。
68.利用本实施例中水稻开花期耐热性分级标准对参试水稻材料进行耐热性等级划分时(图1中b、d和f)，可将恢复系材料、保持系材料、水稻品种做了5个级别的耐热性等级划分。数据结果显示，通过本实施例中水稻开花期耐热性分级标准，可以将结实率稳定性高但高温下结实率有明显差异的水稻材料划分为不同等级，细化了水稻的耐热类型。
69.试验对自然高温和人工气候室高温结实率稳定性和高温结实率进行了测定和分析(图2)，结果表明人工气候室和大田水稻高温下的结实率稳定性与结实率变化趋势一致。随着耐热等级的增大，结实率稳定性与结实率逐渐下降。并且由于保持系水稻高温下结实率较低，按照综合分析方法没有1级耐热性水稻材料，使得保持系水稻随着等级增大下降趋势更快。恢复系、品种、保持系下的不同水稻材料，人工气候室控制高温下的水稻结实率以及结实率稳定性要显著低于自然高温。
70.分别按照国家现有标准和该试验中的综合分析方法对恢复系材料、保持系材料、水稻品种材料进行耐热性等级划分(表1)。结果表明按照现有国家标准划分，水稻材料的耐热性集中分布在1级、2级、3级；使用综合鉴定方法进行等级划分，恢复系水稻材料与水稻品种5种耐热等级均有分布且集中分布在1级和3级；保持系水稻材料中没有耐热性为1级的材料，集中分布在3级和5级。这样的分布结果表明亲本中保持系水稻材料的综合耐热性还有待进一步加强。
71.表1应用现有标准评级方法和综合鉴定方法分别对参试材料的分级结果
[0072][0073]
其中：xm为歇马地区，lz为泸州地区，acc为人工气候室
[0074]
表2长江上游开花期耐热鉴定分级标准
[0075][0076]
由表2可知，将结实率稳定系数＞0.9、高温下实际结实率＞85％的水稻材料定为综合耐高温指数＜2.0，耐高温级数规定为1作为强耐高温材料。结实率稳定系数＞0.9、高温下实际结实率在85％-80％之间或结实率稳定系数在0.8-0.9之间、高温下实际结实率＞80％的水稻材料综合耐高温指数为2.1-4.0，耐高温级数规定为3作为耐高温材料。结实率稳定系数在0.8-0.9之间、高温下实际结实率在70％-80％之间或结实率稳定系数在0.7-0.8之间、高温下实际结实率在＞70％的水稻材料定为综合耐高温指数4.1-6.0，耐高温级数规定为5作为较耐高温材料。结实率稳定系数为0.7-0.8、高温下实际结实率在60％-70％之间或结实率稳定系数在0.6-0.7之间、高温下实际结实率在＞60％的水稻材料定为综合耐高温指数6.1-7.5，耐高温级数规定为7作为不耐高温材料。结实率稳定系数＜0.6、高温下实际结实率＜60％的水稻材料定为综合耐高温指数＞7.5，耐高温级数规定为9作为极不耐高温材料，该方法按结实率稳定系数和高温实际结实率划分不同等级，可以更加详细系统的评判水稻材料的耐热性，更准确的筛选出耐高温优质品种。
[0077]
准确评价水稻种质资源耐热性是开展耐高温优质高产水稻品种选育工作的基础。在自然条件下，由于气象环境变化因素多，导致每年发生严重高温天气的时期不完全一致。此外，由于部分水稻品种生育期短或开花较早而逃避经历高温，致使其未能经过自然高温
选育环节。在人工气候室条件下，虽然能够精准控制温度等条件，但不能完全模拟水稻生长微环境，致使其对经历人工高温胁迫水稻材料的耐热性难以准确评价和鉴定。因此，在构建水稻耐热性评价模型时，首先要考虑的是将自然与人工高温环境的鉴定标准相结合。本试验研究结果表明，大田和人工气候室内水稻结实率稳定性变化趋势是一致的(图2)，大田试验和人工气候室试验结果相结合可合理评价耐热性。
[0078]
在将自然高温与人工控制高温鉴定标准相结合的过程中，由于内部因素，如水稻亲本、品种资源遗传特性等，以及外部因素，如气象条件、土壤、水肥环境等，经常会出现自然条件和人工控制条件下水稻耐热性评级出现偏差。当这一偏差出现时，往往会对某一水稻资源的整体评价产生矛盾的结果，甚至导致评级无法完成。因此，需将自然高温和人工模拟高温鉴定进行合理整理。试验结果表明，即使自然高温条件下进行严格的选样测试，大田参试水稻的高温结实率依然会显著高于同等级人工气候室参试水稻，这主要是因为，自然环境下难以维持稳定的高温条件，会导致部分样品稻穗经历的高温程度低于高温胁迫临界值，从而致使其具有被相对高估的高温结实率。反过来，相对于单一采用自然高温或人工控制高温而言，采用自然高温与人工控制高温相结合的方式能提高水稻开花期耐热性鉴定的准确度。
[0079]
评价指标单一往往会导致划分标准较低，进而出现样品分级虽然相同，但实际表型存在较大差异的情况(图1a&c&e，图2a&b&c)。现有耐热性鉴定评价方法主要针对南方稻区，重点考虑稳定系数、且划分标准较低。试验结果表明，对于实际使用的大部分水稻亲本和品种，结实率稳定性均能维持在80％以上的水平，且较集中在85～95％这一区域(图1a)。但是，处于这一区域的水稻亲本或者品种产量却存在较大范围的分布，主要是因为除了结实率稳定性外，高温条件下的实际结实率会对产量构成产生较大的直接影响。本高温区水稻开花期耐热性鉴定方法在构建耐热性评价模型时，从多维度考虑评价指标，避免了使用单一指标导致评级不清晰的情况发生。
[0080]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而其不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，则均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。