田间高温严重降低杂交水稻制种的异交结实.pdf

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1、田间高温严重降低杂交水稻制种的异交结实 闫浩亮, 潘幸福 陈建珍, 姚仪敏, 卢碧林, 田小海, (长江大学 农学院, 湖北 荆州 ;主要粮作物产业化湖北省协同创新中心,湖北 荆州 ;湖北荃银高科种业有限公司, 湖北 荆州 ;通讯联系人,E m a i l:x i a o h a i t s i n a c o m) O u t C r o s s i n gS e e dS e t t i n gR a t eW a sS e r i o u s l yR e d u c e dB yH i g h T e m p e r a t u r e i nH y b r i dR i c eS e

2、 e dP r o d u c t i o nU n d e rF i e l dC o n d i t i o n s YANH a o l i a n g , PANX i n g f u ,CHE NJ i a n z h e n,YAOY i m i n,LUB i l i n,T I ANX i a o h a i , (A g r i c u l t u r a lC o l l e g e,Y a n g t z eU n i v e r s i t y, J i n g z h o u ,C h i n a;H u b e iC o l l a b o r a t i v eI

3、 n n o v a t i o nC e n t e rf o rG r a i nI n d u s t r y, J i a n g z h o u ,C h i n a;H u b e iA l l w i nH i g t T e c hS e e dC oL t d,J i n g z h o u ,C h i n a;C o r r e s p o n d i n ga u t h o r,E m a i l: x i a o h a i t s i n ac o m) YAN H a o l i a n g,P ANX i n g f u,CHE NJ i a n z h e

4、n,e ta l O u t c r o s s i n gs e e ds e t t i n gr a t ew a ss e r i o u s l yr e d u c e db yh i g h t e m p e r a t u r e i nh y b r i dr i c es e e dp r o d u c t i o nu n d e r f i e l dc o n d i t i o n s C h i nJR i c eS c i, , () : A b s t r a c t:T h e e x p e r i m e n tw i t hd i f f e r

5、e n t s e e d i n gd a t ew a s c o n d u c t e da t t h eh y b r i dr i c e s e e dp r o d u c t i o ns i t e i nY a n c h e n g C i t yt oe x p l o r e t h e i m p a c to fw e a t h e r c o n d i t i o n sa t t h eh e a d i n gs t a g eo ns e e ds e t t i n gr a t e s f o r f e m a l ep a r e n t

6、s E x p o s e d t oc o n s e c u t i v eh i g ht e m p e r a t u r e l a s t i n gf o r d a y s i nt h em i d t o e n do fA u g u s t ,i nY a n c h e n g,b e f o r eb l o o m i n g, s e e ds e t t i n gr a t eo f t h e f e m a l ep a r e n t i n w a ss i g n i f i c a n t l yr e d u c e db y p e r c

7、 e n to na v e r a g ec o m p a r e dw i t ht h a t i n M e a n w h i l e t h e r eh a sb e e ng r e a td i f f e r e n c e s i nh i g h t e m p e r a t u r es e n s i t i v i t ya m o n gv a r i o u sc o m b i n a t i o n s,w i t h X i n l i a n g y o u x i a n ga n dX i n l i a n g y o u g a i b e

8、 i n gm o r e i n s e n s i t i v e t h a nX i n l i a n g y o u T h eo u t c r o s s i n gr a t e so fa l l t h e f e m a l ep a r e n t ss h o w e das i g n i f i c a n tn e g a t i v ec o r r e l a t i o nw i t hh i g ht e m p e r a t u r e i n ,b u tn oc o r r e l a t i o ni n i nc o m p a r i s

9、 o n R e g r e s s i o na n a l y s i ss h o w e dt h a tw h e nt h e da v e r a g et e m p e r a t u r eb e f o r ea n da f t e rh e a d i n gs t a g e i n c r e a s e du pt o ,t h eo u t c r o s s i n gr a t eo f t h e f e m a l ep a r e n t sb e g a nt o f a l l,a n dw h e ni t c a m et o t h eo

10、u t c r o s s i n gr a t es i g n i f i c a n t l yr e d u c e d K e yw o r d s:h y b r i dr i c e;s e e dp r o d u c t i o n;h i g ht e m p e r a t u r e;s e e ds e t t i n gr a t e 闫浩亮,潘幸福,陈建珍,等田间高温严重降低杂交水稻制种的异交结实中国水稻科学, , () : 摘 要:在江苏盐城制种基地设置长期多品种分期播种试验, 旨在探讨不同开花结实前后田间气象条件对结实的影响; 年盐城在月中下旬发生连续 d高温

11、天气, 该时期与各播期制种水稻的开花前时段相重叠.与 年相比, 水稻组 合新两优 的制种结实率平均降低 个百分点, 达显著水平.不同组合受高温影响, 结实率降幅不同, 其中, 新两优 异交高温耐性强于新两优香四和新两优 改. 年多组合各播期水稻异交结实率与水稻始穗期前后 d日平均气温 呈显著负相关; 回归分析表明, 水稻始穗期前后 d日平均气温达 , 异交结实开始受影响, 达 时异交结实大幅 下降. 关键词:杂交水稻; 制种; 高温; 结实率 中图分类号:Q ;S 文献标识码:A 文章编号: ( ) 随着全球变暖的日益加剧, 杂交水稻生产和制 种过程中遭遇连续性高温天气的几率日渐增加 . 不少

12、田间观测得到的初步结果表明, 杂交水稻制种 的异交 结 实, 比 之 普 通 水 稻 生 产, 对 高 温 更 为 敏 感 ,. 年夏季我国长江流域发生大范围历史 性连续高温天气, 给这一问题的研究提供了十分难 得的机会 ,.S a t a k e等的研究表明, 水稻高温 敏感期是开花期和花粉母细胞减数分裂期前后.一 般而言, 水稻抽穗期约前 d水稻减数分裂期开 始, 易受高温影响; 水稻抽穗一般持续d, 此时 受高温影响更大 .此外, 吴晨阳等 的研究表 明, 水稻开花前受高温影响结实率的降低与其在减 数分裂期至开花期间受高温的累加程度高度正相 关. 一般认为, 连续 d高温可作为一般高温危

13、害 收稿日期: ;修改稿收到日期: . 基金项目:国家公益性行业( 农业) 科研专项( ) ; 国家科技支撑计划资助项目( B D A B ) ;科技部国际合作项目 ( D F G ) ;湖北省自然科学基金资助项目( C F B ) . 中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i) , , ( ) : h t t p: / /w w w r i c e s c i c n D O I: /j i s s n 天气, 连续d高温可作为严重高温危害天气的衡 量指标 .本研究设置连续多年的多品种、 多播期 试验, 在大田条件下分析杂交水稻制种受高温的影 响及其可能的界限指标. 材料与方法

14、 田间设计 本研究在 年 年连续年在江苏盐 城国家级制种基地的方强农场五分场进行.通过多 品种分期播种栽培, 分析区域气候变化对杂种安全 结实的影响, 以确立杂交组合在该地区合适的异交 季节.由于 年采样数据重复少, 本研究仅对 年与 年的情况展开对比. 年试验材 料为杂交稻组合新两优 , 年分别为杂交稻 组合新两优 、 新两优香和新两优 改.播种 时间分为个批次, 每品种的每播种批次形成一 个处理.试验采用大区制, 面积 m , 每批次 次重复, 试区在田间间比排列. 栽培管理 试验材料采取标准机插秧移栽.按照制种设计 要求进行移栽, 具体移栽时间由当地情况确定.施 氮量 ( 折 合 纯N)

15、 k g/ m 、 施 磷 量 ( 折 合 PO)k g/ m 、 施钾量( 折合 KO) k g/ m ; 氮肥基肥、 蘖肥、 穗肥、 花肥分别占总量的 、 、 和 .秧田期主要防治稻蓟马、 稻飞虱、 二化螟和稻瘟病; 大田主要防治稻蓟马、 二 化螟、 大螟、 稻飞虱、 稻纵卷叶螟以及穗颈瘟、 稻粒黑 粉病.稻粒黑粉病在抽穗扬花期用“ 爱苗” 防治 次.其他病虫防治按当地植保情报通知结合实际 进行. 气象数据 年的气象数据均来自于盐城市盐都气象站. 在水稻各生育时期对当地大田气温进行全天候检 测, 每隔h对气温进行记录.在每日记录基础上 统计日平均气温、 日最高气温等数据. 结实率调查 于水

16、稻成熟期, 采用抽样调查法, 每小区随机抽 取父本、 母本各穴考种.记录每穴穗数和各穗实 粒数及总粒数.结实率每穗实粒数/每穗总粒数 . 年制种受害减产损失评价 盐城制种基地多年两系杂交水稻制种的异交结 实率约为 .以此值为基础对同一组合新两优 在 年结实结果与 年结果进行比对筛 选, 得到其受害评价值. 统计方法 在M i c r o s o f tE x c e l软件上进行计算分析.结 实率差异以单穴为统计单位对结实率平均数进行t 检验, 检验标准为双尾最小显著差数法(L S D法) . 母本结实率与日平均气温的相关性分析采用当批次 母本的平均结实率与其相应的抽穗前后连续 d ( 始穗前

17、d 始穗日始穗日后d) 的日平均气温 的均值进行. 结果与分析 年高温发生情况 与 年相比, 两系杂交稻制种基地盐城市在 年制种关键期发生了历史上罕见的连续高温 天气, 整个月份, 年从月日至 日出现 了连续 d日平均气温 的高温天气, 而 年月仅出现一次连续d高温天气. 年月 份日平均气温为 , 较 高; 平均日最 高气温 , 较 年高.此外, 年 除 日以前为连续高温天气外, 日以后气温依 然保持在高温( 图) . 年高温发生与制种关键生育期的契合性 年各制种杂交组合的始穗期为月 日 至月 日.由图可见, 连续危害高温天气从 月 日停止.对温度最敏感的抽穗开花期并没发 生高温( 常规水稻的

18、标准) .但另一方面, 水稻开花 前约 d开始( 花粉母细胞减数分裂期) 即处于对 温度较敏感的时期.由此可见, 年不同播期的 水稻在这段时间与高温发生具有不同程度的重叠 性. 年制种母本结实受害评价 年新两优 平均结实率为 , 比 年( 平均结实率为 ) 减小 个百分 点, 差异达极显著水平( P ) ( 图) . 年不同组合内异交结实率变化 对个杂交组合异交结实进行测定, 其中, 新两 优 组合在花期相遇基本达标的前提下, 其开花 期( 始穗) 从月 日至 日, 开花越早结实率降 低越显著, 总体呈现个梯级变化.另外, 新两优香 四和新两优 改也表现出同样的趋势, 且受害更 重( 表) .

19、显然, 始穗前后 d与高温日的重叠率 越高, 结实率降幅越大. 闫浩亮等:田间高温严重降低杂交水稻制种的异交结实 图 江苏省盐城市 年( 高温年) 与 年( 常温年)月日平均气温比较 F i g C o m p a r i s o nb e t w e e nt h ea v e r a g ed a i l y t e m p e r a t u r e s i nA u g u s t a n dt h o s e i nA u g u s i nY a n c h e n gC i t y,J i a n g s uP r o v i n c e 图 年新两优 组合制种产量损失评估( 与

20、 年比 较) F i g Y i e l dl o s se v a l u a t i o no fc o m b i n a t i o nX i n l i a n g y o u i n (c o m p a r e dw i t h ) 母本异交结实率与关键生育期温度的相关性 年新两优 母本异交结实率与始穗前 后 d日平均气温呈正相关, 相关性不显著, 而 年两者则呈现显著负相关( 图) .总体上, 在 普通气象年景下, 盐城制种基地两系杂交水稻杂种 的异交结实率约为 ( 数据略) . 年日平均 温度 时结实率开始降低; 日平均气温达 时, 异交结实率降低/, 即异交结实率为约 ;

21、日平均气温升至 以上时, 异交结实率可 能降低/以上, 即异交结实率为 以下.当 然, 年不同组合对高温的反应也有一些细微差 别, 新两优香四和新两优 改比新两优 对气 温更敏感( 图) . 表 年不同始穗期母本制种结实率的比较 T a b l e C o m p a r i s o no f s e e ds e t t i n gr a t eo fd i f f e r e n t c o m b i n a t i o n s i n 组合 C o m b i n a t i o n 父本始穗期( 月日) I n i t i a l f l o w e r i n g d a t e

22、f o rm a l ep a r e n t (m o n t h d a y) 母本始穗期( 月日) I n i t i a l f l o w e r i n gd a t e f o r f e m a l ep a r e n t (m o n t h d a y) 结实率 S e e ds e t t i n g r a t e/ 组合内比较 C o m p a r i s o nw i t h i n t h ec o m b i n a t i o n (P ) 新两优 X i n l i a n g y o u a a a a b a b b 新两优香四X i n l i a

23、 n g y o u x i a n g s i a b 新两优 改X i n l i a n g y o u g a i a b b 中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i) 第 卷第期( 年月) 图 不同杂交组合异交结实率变化及其与日平均气温的相关性 F i g C h a n g e s i ns e e ds e t t i n gr a t e s o fd i f f e r e n th y b r i dc o m b i n a t i o n s,a n dt h e i rc o r r e l a t i o nw i t ht h ea v e r a

24、 g ed a i l y t e m p e r a t u r e 讨论 人们一直相信, 杂交水稻制种的异交结实, 比之 普通水稻生产, 对高温的反应更为敏感, 但一直缺少 田间条件下确凿的证据 ,. 年夏季, 我国长 江流域出现历史罕见连续高温天气 ,.我国两系 水稻主要制种基地之一的盐城地区, 制种产量因高 温较常年减产 的例子普遍发生, 制种企 业损失惨重, 种子生产安全受到严重威胁.本研究 在制种基地设置长期定点试验, 在 年特大高温 年取得相关数据, 并通过 年与 年相关数 据进行对比, 证实多个组合在高温下结实大幅降低 的结果. 对普通水稻品种而言, 其对温度的敏感性可能 因品

25、种而异, 但多数品种对高温的敏感温度界限为 连续d日 平 均 气 温 或 日 最 高 气 温 .杂交稻制种母本异交结实对温度的反应一 直没有具体指标.在本研究中, 父本可以看成一个 常规水稻, 年不同播期的父本, 其结实率为 ( 具体数据略) , 仅比正常年份( ) 略有降低, 而本研究中母本结实率较常年( ) 降幅要远大于其父本.此外, 本研究揭示, 杂交稻制 种母本异交结实在开花前遭遇连续d以上日平均 气温 开始受到影响; 遭遇连续d以上日平 均气温 可能明显受害; 遭遇连续d以上 日平均气温 可能大幅下降.可见, 杂交水 稻制种对温度的反应确实比常规水稻生产更敏感 ( 约相差) .不过,

26、 这仅为一次田间对比试验的 结果. 其次, 本研究表明不同杂交水稻异交结实对高 温的反应具有明显差异.因此, 进一步探讨杂交水 稻制种体系对温度反应差异产生的原因, 可能对揭 示组合间差异实质, 明确亲本高温反应差异对F 耐 高温表现的影响, 今后在育种上选育更耐高温的组 合以及在制种中采取针对性措施等均具有十分重要 的意义. 闫浩亮等:田间高温严重降低杂交水稻制种的异交结实 参考文献: 李守华,田小海,黄永平,等江汉平原近 年中稻花期危害 高温发生的初步分析中国农业气象, , () : 秦大河,罗勇,陈振林,等气候变化科学的最新进展:I P C C 第四次评估综合报告解析气候变化研究进展,

27、,() : W a s s m a n nR,J a g a d i s hSVK,H e u e r S,e t a l C l i m a t e c h a n g e a f f e c t i n gr i c ep r o d u c t i o n:T h ep h y s i o l o g i c a la n da g r o n o m i cb a s i s f o rp o s s i b l ea d a p t a t i o ns t r a t e g i e s A d vA g r o n, , : 何增明, 周宗岳论杂交水稻制种中的天气影响杂交水稻,

28、, () : 李文杂交稻春制抽穗期高温低湿等危害及对策中国农业气 象, , ( ) : 龚志强,王艳娇,王遵娅,等 年夏季气候异常特征及成 因简析气象, , : 杨舒 楠, 何 立 富 年月 大 气 环 流 和 天 气 分 析气 象, , : S a t a k eT,Y o s h i d aS H i g ht e m p e r a t u r e i n d u c e ds t e r i l i t yi ni n d i c i ar i c e sa t f l o w e r i n g J p nJC r o pS c i, , : 邓运,田小海,吴晨阳,等热害胁迫条件下水稻花药发育异 常的早期特征中国生态农业学报, , () : 吴晨阳,陈丹,罗海伟,等外源硅对花期高温胁迫下杂交水 稻授粉结实特性的影响应用生态学报, , ( ) : 毛昌祥, 万宜珍, 马国辉,等中国杂交水稻发展现状分析杂 交水稻, , ( ) : , 中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i) 第 卷第期( 年月)