寒地灌漿期低溫鈍感水稻品種的初步篩選

曹良子， 丁國(guó)華， 周勁松， 洛 育， 王彤彤， 白良明 夏天舒， 劉 凱， 王雪揚(yáng)， 楊 光， 任 洋， 王江旭， 李一丹， 孫世臣(.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所， 哈爾濱 250086；2.黑龍江省水稻品質(zhì)改良與遺傳育種工程技術(shù)研究中心， 哈爾濱 250086；.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所， 哈爾濱 50086； .黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 哈爾濱 50086；5.黑龍江省作物分子設(shè)計(jì)與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 哈爾濱 50028)

近年來(lái)，全球變暖導(dǎo)致階段性異常氣候時(shí)有發(fā)生，呈常態(tài)化趨勢(shì)。如何適應(yīng)氣候變化成為我國(guó)乃至全世界農(nóng)業(yè)面臨的嚴(yán)重挑戰(zhàn)之一。

稻米品質(zhì)是由遺傳特性和環(huán)境條件所控制。多年研究表明，水稻灌漿期日平均溫度對(duì)稻米品質(zhì)有顯著影響，日平均溫度對(duì)稻米品質(zhì)的貢獻(xiàn)率為88.51%[5]。灌漿初期，平均溫度高于26 ℃或低于21 ℃，均可降低糙米率、精米率和整精米率，嚴(yán)重時(shí)可降低10%以上。灌漿期的溫度與碾米率成正比，高溫天氣下，籽粒堊白度顯著增加。同時(shí)，有效積溫和相對(duì)濕度的增加提高了籽粒蛋白質(zhì)含量，而相對(duì)濕度的增加降低了膠稠度[6,10]。趙式英[9]研究表明，水稻直鏈淀粉含量隨著溫度的升高而降低，而蛋白質(zhì)含量則隨著溫度的升高而增加。灌漿期，持續(xù)高溫會(huì)使稻米堊白粒率和堊白度增加，碾米率降低，外觀和碾米品質(zhì)惡化[2,8]。在一定的遺傳基礎(chǔ)上，環(huán)境因素的差異對(duì)稻米品質(zhì)影響最大[1,3]。目前為止，我國(guó)針對(duì)水稻灌漿期溫度抗性主要以高溫抗性相關(guān)研究較多，灌漿期低溫抗性相關(guān)研究較少[4,7]。同時(shí)，水稻對(duì)于氣候變化的生理生態(tài)響應(yīng)存在不確定性，包括植物響應(yīng)模式的多樣性、復(fù)雜性及可變性，在相同的氣候變化條件下，不同的品種對(duì)氣候變化的響應(yīng)也可能存在明顯的差異。因此，為保持黑龍江省長(zhǎng)期優(yōu)質(zhì)大米品牌，必須篩選對(duì)溫度變化鈍感，不受灌漿期溫度變化影響能夠保持高品質(zhì)的水稻種植資源。

1 材料和方法

1.1 材 料

黑龍江省第1積溫帶水稻品種51份。包括黑龍江省審定品種24份、適合第一積溫帶種植的品系24份和日本北海道品系3份。

試驗(yàn)地點(diǎn)為哈爾濱市道外區(qū)民主鄉(xiāng)黑龍江省農(nóng)科院民主園區(qū)水田實(shí)驗(yàn)基地。2017—2019年共種植3年。

每年4月中旬播種，5月中旬人工插秧。插秧密度30 cm×13 cm。全生育期采用“前促、中控，后補(bǔ)”的施肥原則，施純氮150 kg/hm2、純磷70 kg/hm2、純鉀70 kg/hm2。9月30日收獲，陰干后進(jìn)行脫粒，研磨，儲(chǔ)存。11月開始進(jìn)行品質(zhì)分析。

1.2 稻米品質(zhì)分析

1.2.1食味品質(zhì)檢測(cè)

準(zhǔn)確稱量30.00 g精米放入鋼罐中，用流水洗滌50 s后加入40.5 mL蒸餾水，其米水比例為1∶1.35，再覆蓋一層濾紙，用膠皮圈固定，在室溫下浸泡30 min后，連同濾紙一起置于電飯煲中蒸煮，切斷電源再燜10 min，后放入吹冷裝置吹涼10 min。風(fēng)冷后將濾紙取下，改配套鋼蓋，取(8.00±0.10)g米飯制樣餅，使用食味儀(STA1A)測(cè)樣品精米的外觀、口感，進(jìn)行綜合評(píng)分，食味值總分為100分。

1.2.2蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量測(cè)定

利用日本佐助公司生產(chǎn)的大米食味計(jì)(JSWL)檢測(cè)大米蛋白質(zhì)含量以及直鏈淀粉含量。

2 結(jié) 果

2.1 2017—2019年灌漿期溫度變化

黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院民主園區(qū)水稻田水稻全生育期2017年有效積溫為2 703.6 ℃，2018年有效積溫為2 560.6 ℃，2019年有效積溫為2 519.6 ℃。2017年灌漿期(8月1日—9月30日)的有效積溫為1 143.8 ℃，2018年灌漿期的有效溫度965.9 ℃，2019年灌漿期的有效積溫是1 020.3 ℃?？梢钥闯觯?017年與2018年和2019年全生育期相差143 ℃和174 ℃。但是2017年與2018年和2019年的灌漿期有效積溫相差177.9 ℃和123.5 ℃(圖1)。

圖1 2017—2020年黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院民主園區(qū)水田試驗(yàn)地溫度變化Fig.1 Temperature variance of paddy field from 2017 to 2020 by Hheilongjiang academy of agricultural sciences test site

2.2 常溫年與低溫年稻米品質(zhì)的變化

2017—2019年連續(xù)3年針對(duì)稻米品質(zhì)進(jìn)行了分析。本實(shí)驗(yàn)的51份水稻品種資源根據(jù)食味品質(zhì)可分為4類(圖2)。由圖2可以看出，Ⅰ類共有9份材料，Ⅱ類共有5份材料，Ⅲ類共有28份材料，Ⅳ類共有9份材料。Ⅰ類材料2017年與2019年的食味品質(zhì)水平差異較小，但是2018年低溫年食味品質(zhì)高。Ⅱ類材料2017年和2018年的食味品質(zhì)幾乎沒有變化，但2019年的食味品質(zhì)大幅下降。大部分的種質(zhì)資源都屬于Ⅲ類，在2017年常溫年中有較高的食味評(píng)分，但是在低溫年(2018年和2019年)食味品質(zhì)較低。Ⅳ類材料是2017—2019年3年食味評(píng)分差異都在2分以內(nèi)的種質(zhì)資源，可以看出，大部分水稻品種(系)對(duì)灌漿期溫度反應(yīng)敏感，品種間也有部分稀少品種反應(yīng)鈍感(圖2)。

圖2 常溫年(2017年)與低溫年(2018年，2019年)稻米食味品質(zhì)變化Fig.2 Rice eating quality changes by normal temperature year (2017)and low temperature year (2018 and 2019)

常溫年(2017年)與低溫年(2018年和2019年)食味品質(zhì)品種間有所差異，常溫年與低溫年差異最大的品系是龍稻29-2在常溫年能夠達(dá)到91.3分，但是在低溫年的食味品質(zhì)為78.7分，相差12.6分。龍稻1603、哈1021-4、哈13108和龍稻18等品種品系常溫年與低溫年食味評(píng)分相差較少，分別相差0.01分，0.3分，0.4分，1.1分。龍稻18在高食味評(píng)分的前提下依然保持較高的品質(zhì)穩(wěn)定性(2017年92.0分，2018年93.0分，2019年93.3分)(圖3)。

2.3 常溫年與低溫年稻米直鏈淀粉含量的變化

2017年至2019年3年的直鏈淀粉含量結(jié)果顯示，51份水稻種質(zhì)資源中由于有效積溫減少導(dǎo)致直鏈淀粉含量有所上升，上升幅度最大的是龍稻10(5.2%)。只有龍稻12與龍稻23的直鏈淀粉含量下降，龍稻12的直鏈淀粉含量下降幅度最大(下降4.3%)。2017年至2019年米飯食味評(píng)分變化少的4個(gè)品種的直鏈淀粉含量變化在0.7%～1.5%之間，2017年至2019年米飯食味評(píng)分變化大的4個(gè)品種的直鏈淀粉含量變化在2.4%～3.4%之間(圖4)。

注：實(shí)線為不同灌漿期溫度食味品質(zhì)差異小品種；虛線為不同灌漿期溫度食味品質(zhì)差異大品種。下同。圖3 水稻灌漿期常溫年(2017年)和低溫年(2018年，2019年)米飯食味值差異Fig.3 Rice eating quality changes by normal temperature year (2017)and low temperature year (2018 and 2019)

圖4 水稻灌漿期常規(guī)年(2017年)和低溫年(2018年，2019年)稻米直鏈淀粉含量差異Fig. 4 Rice amylose content differences by normal temperature year (2017)and low temperature year (2018 and 2019)

注：負(fù)數(shù)代表負(fù)相關(guān)，正數(shù)代表正相關(guān)。“*”表示5%的顯著相關(guān)性，“***”表示0.1%的顯著相關(guān)性。圖6 水稻灌漿期常規(guī)年(2017年)和低溫年(2018年，2019年)稻米品質(zhì)形狀差異相關(guān)性分析Fig.6 Correlation analysis of rice quality shape difference by normal temperature year (2017)and low temperature year (2018 and 2019)

2.4 常溫年與低溫年稻米蛋白質(zhì)含量的變化

2017—2019年3年的蛋白質(zhì)含量結(jié)果顯示，51份水稻種質(zhì)資源中由于有效積溫的減少導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量有所上升，上升幅度最大的是龍稻10(4.6%)。只有龍稻12與雙優(yōu)11的蛋白質(zhì)含量下降，其中龍稻12的蛋白質(zhì)含量下降幅度最大(下降2.6%)。米飯食味評(píng)分變化少的4個(gè)品種的蛋白質(zhì)含量變化在0.4%～1.5%之間，米飯食味評(píng)分變化大的4個(gè)品種的蛋白質(zhì)含量變化在0.1%～1.0%之間(圖5)。

圖5 水稻灌漿期常規(guī)年(2017年)和低溫年(2018年，2019年)稻米蛋白質(zhì)含量差異Fig.5 Rice protein content differences by normal temperature year (2017)and low temperature year (2018 and 2019)

2.5 常溫年與低溫年稻米品質(zhì)相關(guān)性狀之間關(guān)聯(lián)分析

2017—2019年3年在不同灌漿期溫度條件下米飯食味評(píng)分與蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量的變化程度之間的相關(guān)性分析。結(jié)果顯示，米飯食味值變化程度與蛋白質(zhì)含量之間呈負(fù)相關(guān)(p=0.05)，r=-0.312。相反，米飯食味值變化程度與直鏈淀粉含量之間不相關(guān)。蛋白質(zhì)含量與直鏈淀粉含量變化程度之間顯著相關(guān)(p=0.001)，r=0.651(圖6)。

3 討 論

通過2017—2019年3年對(duì)黑龍江省第一積溫帶的水稻品種品系進(jìn)行了連續(xù)的食味品質(zhì)觀測(cè)。2017年屬于常溫年，有效積溫達(dá)2 700 ℃，這是黑龍江省水稻品種第一積溫帶晚熟品種的標(biāo)準(zhǔn)；2018年和2019年屬于低溫年，兩年的有效積溫只有2 550 ℃左右，這是黑龍江省水稻品種第二積溫帶的標(biāo)準(zhǔn)，并且，主要相差積溫都在灌漿時(shí)期。灌漿期溫度是控制水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素[1]。實(shí)驗(yàn)表明，不同水稻品種品(系)對(duì)溫度變化有不同的反應(yīng)，大部分水稻品種的品質(zhì)變動(dòng)都與前人的研究結(jié)果一致。隨著灌漿期溫度的降低，米飯食味值也降低。51份水稻品種品系中有9份在灌漿期溫度變化的情況下依然能夠保持高水平的食味評(píng)分。通過常溫年與低溫年的米飯食味評(píng)分的對(duì)比，篩選出在不同灌漿期溫度變化的情況下食味評(píng)分差異大，溫度敏感度高的4份材料，同時(shí)也篩選出在灌漿期溫度變化的情況下食味評(píng)分差異小，溫度鈍感度高的4份材料。可以看出，溫度鈍感的4份材料在直鏈淀粉含量以及蛋白質(zhì)含量的變化程度不是最小的，米飯食味值變化程度與蛋白質(zhì)含量變化程度之間有較小的負(fù)相關(guān)，但是直鏈淀粉含量變化程度與米飯食味值之間相關(guān)不顯著。這也表明灌漿期溫度變化所帶來(lái)的米飯食味值的變化，不完全是蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量的變化所造成。

4 結(jié) 論

通過多年試驗(yàn)篩選出在灌漿期低溫條件下食味品質(zhì)能夠保持在85分以上的種植資源4份，以及在灌漿期溫度適宜條件下食味評(píng)分在85分以上，食味評(píng)分下降10分以上的灌漿期低溫敏感種質(zhì)資源4份。灌漿期溫度不同敏感度品種與蛋白質(zhì)含量之間有顯著相關(guān)性。