CN103918516B - 鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，包括如下步骤：设置水稻抽穗期抗高温性的鉴定区；将所需鉴定的水稻样本，设为进行水稻抽穗期抗高温性鉴定的样本，种植于鉴定区内；于鉴定区内设置加热装置，对水稻抽穗期抗高温性供鉴定水稻样本进行异常高温处理；通过在水稻抽穗期设置全逆境高温，使水稻样本按序排列的不同单株同期稻穗受到不同高温处理，同一稻穗受到相对一致高温处理，确保不同水稻新品种或育种材料抽穗期抗高温性评价鉴定，适应大批量品种水稻样本鉴定的对水稻抽穗期抗高温性全逆境鉴定的方法，高温水稻抽穗期结实率准确，方法科学，鉴定成本低。

Description

鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法

技术领域：

本发明属农业生产技术领域，涉及鉴定水稻抗高温性的方法，特别是一种鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法。

背景技术：

随着全球气候变暖，在水稻生长发育季节常常会出现异常高温天气。如果正处于抽穗扬花阶段的水稻遇到异常高温天气，抽穗扬花就会受到影响，造成花粉活力下降，导致开花散粉及花粉受精障碍，从而使结实率大幅下降，造成水稻大面积减产，给农民带来重大损失，国家粮食安全和社会安定受到影响。如2002年重庆高温危害两优培九等中稻组合，造成一季稻大面积减产甚至绝收；2003年江西、湖北、安徽等地受高温危害，部分一季稻组合结实率大为降低，严重的低至20%，受灾面积达数十万亩。

生产上水稻不同品种间抽穗扬花期对异常高温的敏感性存在明显差异，选择和利用抽穗扬花期抗高温性强的水稻品种，是确保水稻生产安全的最有效的途径。选择和利用抽穗扬花期抗高温性强的水稻品种的关键，在于水稻抽穗期抗高温性鉴定方法及其科学性和有效性，尤其是，水稻不同品种间抽穗扬花期对异常高温的敏感性的差异，要求实施水稻抽穗期抗高温性鉴定时能有效的区分不同品种的高温敏感度。

目前，国内对水稻品种性状鉴定评价仅局限于产量、抗性如稻瘟、白叶枯、米质等项目，而对水稻抽穗期抗高温性鉴定评价缺乏系统科学的方法。现有报道利用人工气候室和分期播种试验进行高温对结实率的影响研究，中国水稻研究所，利用可以控制温度及湿度的人工气候室并结合大田试验，进行水稻耐热性鉴定。这些方法大致分成“大田分期播种试验鉴定”和“人工气候室处理试验鉴定”或两者结合。“大田分期播种试验鉴定”和“人工气候室处理试验鉴定”既有其优点，但也存在明显的不足。“大田分期播种试验鉴定”无需设施，试验环境为自然生产条件，可大批量品种样本鉴定，但试验所需的异常高温条件，在特定年份及季节难以得到满足，因而难以获得鉴定结果。人工气候室是最先进的气候条件人工控制设施，可以人工创造高温条件，但“人工气候室处理试验鉴定”时气候室内的空气湿度、温度变化、空气组分、空气流动等都与自然条件下水稻田环境有较大差异，会干扰水稻品种的结实性，且建造、使用成本高，试验空间小，不能适应大批量品种样本鉴定。特别是，对同一批鉴定品种样本在同一批次鉴定中，“大田分期播种试验鉴定”不仅不能保证整穗开花过程中全部接受异常温度处理，更不能使同一批鉴定品种样本同时获得异常温度由弱到强的全逆境处理；“人工气候室处理试验鉴定”虽然可以设置由弱到强的多个异常温度环境，但前提是必须同时具有与异常温度环境设定数对等的多个人工气候室，更不能实现同一人工气候室内创建全逆境条件来区分不同品种的高温敏感度。因此，目前国内虽然对水稻抽穗扬花期耐高温性开展了一些相关研究，但这些技术的不足性要求创建一种更为有效实用的水稻抽穗期抗高温性鉴定方法，提供一种接近自然条件的全逆境鉴定水稻抽穗期抗高温性方法。

发明内容：

本发明一种鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，针对上述存在的问题，提供一种能够在接近自然田间条件下，适应大批量品种水稻样本鉴定的对水稻抽穗期抗高温性全逆境鉴定的方法，高温水稻抽穗期结实率准确，方法科学，鉴定成本低。

本发明一种鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，其包括如下步骤：

1）设置水稻抽穗期抗高温性的鉴定区；

2）将所需鉴定的水稻样本，设为进行水稻抽穗期抗高温性鉴定的样本，种植于鉴定区内；

3）于鉴定区内设置加热装置，对水稻抽穗期抗高温性供鉴定水稻样本进行异常高温处理；

4）根据所述鉴定区内供鉴定水稻样本，经异常高温处理后的结实性，鉴定水稻样本的抽穗期抗高温性。

本发明所述的鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，优选是按如下步骤：

1）在自然条件下，设置于一端为可控开口端另一为封闭端，并可进行人工温度调节的水稻抽穗期抗高温性的鉴定区；

2）将所需鉴定的水稻样本，沿鉴定区的一方向平行种植一或多个纵行，水稻样本的种植行向与鉴定区内温度变化方向相一致，多个供鉴定水稻样本顺次排列，种植于鉴定区内；

3）于鉴定区内靠植株地表面与水稻穗层间设空气加热装置加热空气，使水稻样本抽穗期水稻穗层温度达到异常高温条件下的设定温度；

4）根据鉴定区内的供鉴定水稻样本的结实率，进行水稻样本间比较和各水稻样本与对照样本比较，设定水稻样本结实率下降10%-20%时的危害温度为高温危害起点温度，设定水稻抽穗期抗高温类型：≤37℃为敏感型，37℃-39℃为中抗型，≥39℃为高抗型；同时确定每种类型以危害高温区段≥39℃、37℃-39℃、≤37℃水稻样本结实率降幅为指标定档，高抗型设定一档，中抗型设定二档，敏感型设定二档，确定水稻品种高温稳产性递减。

本发明1）步所述鉴定区是设定为一端设有可活动开口端其余为全封闭的长方形大棚。

本发明所述的鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，优选1）步所述的鉴定区设为长方形田块，于田块的周围设高2-2.5m的围栏，围栏上设有围膜，并于围膜上设有活动盖膜。

本发明鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，优选将所需鉴定的各单个水稻样本，沿鉴定区的一方向平行种植一至多个纵行，水稻样本的种植行向与鉴定区内温度梯度增加方向相一致，每个纵行种植30株以上，控制株距23-28cm，多个供鉴定水稻样本顺次排列，靠鉴定区两平行种植边，各种一行保护行，每个供鉴定水稻样本，于鉴定区外种植3-5株对照。

本发明鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，控制使同一供鉴定水稻样本抽穗期按序排列的不同单株的同期抽出稻穗，从破口到全穗开花结束，能受到不同异常高温处理，且同一单株的稻穗，从破口到全穗开花结束，则受到相对一致的异常高温处理；同一水稻样本按序排列的不同单株的同期稻穗结实率差异确定该水稻样本抽穗期高温敏感度及抽穗期抗高温性。

本发明2）步选择形状已经稳定、具有审定潜力的水稻品种或具有抗高温育种利用潜力的水稻育种种质确定为进行水稻抽穗期抗高温性鉴定的水稻样本，并选取抽穗期抗高温性分别为强、弱的二个水稻样本作为对照样本。

本发明3）步，所述鉴定区内的加热装置由一端可控开口端向另一封闭端顺序增大加热装置功率，形成鉴定区内由可控开口端向封闭端水稻穗层空气温度按水平方向递增到设计最高温度，实现由可控开口端向封闭端的异常高温环境条件下高温。

本发明是于鉴定区内供鉴定的水稻样本的水稻穗层设有温度探测装置。

本发明4）步对供鉴定水稻样本保留稻穗在其完熟后考查每穗总粒数、实粒数，以单株序号计算的区段平均结实率为指标，进行样本间比较和各样本与对照水稻样本的比较。

本发明方法通过在水稻抽穗期创建一种接近自然田间条件的水稻抽穗期异常高温全逆境条件，用全逆境异常高温人工处理一批供鉴定水稻样本，使同一供鉴定水稻样本抽穗期按序排列的不同单株的同期抽出稻穗从破口到全穗开花结束能受到不同异常高温处理，且同一稻穗（单株）从破口到全穗开花结束则受到相对一致的异常高温处理，并根据同一水稻样本按序排列的不同单株的同期稻穗结实率差异确定该水稻样本抽穗期高温敏感度，评价比较不同水稻新品种或水稻育种种质材料相应的水稻抽穗期抗高温性。

其由于供鉴定水稻样本在田间自然条件下正常生长发育，始穗后同一批次供鉴定水稻样本的每一个水稻样本在同一鉴定区的装置内按序排列的不同单株接受不同异常高温处理，使同一供鉴定水稻样本在同一鉴定区的装置内单株因空间顺序位置排列差异而受到不同异常高温影响，造成同一水稻样本不同单株受精结实率差异，不同水稻样本因抽穗期高温敏感度不一样，水稻样本间受精结实率亦表现差异，处理后恢复田间自然状态，然后于完熟期计算稻穗结实率，以结实率为指标统计分析不同样本不同单株受处理稻穗的抗高温性差异，评价比较不同水稻新品种或水稻育种种质材料相应的水稻抽穗期抗高温性。

本发明水稻样本抽穗期抗高温性鉴定方法的主要方法及要求是：

水稻抽穗扬花期要求一定的适宜温度范围，如果在抽穗扬花期遇到日最高温度高于37℃的高温天气，水稻抽穗扬花就会受到明显影响，造成花器官受损，花粉活力下降，开花散粉和受精过程受阻，导致不能正常受精而形成空秕粒，从而造成水稻结实率下降，异常高温越突出，受精结实影响越大，结实率下降幅度也越大。

水稻抽穗扬花期受高温危害的起点温度通常为日最高温度35℃，而气象部门记录的自然异常日最高温度约42℃，因而鉴定水稻抽穗期抗高温性所需的全逆境异常高温为35℃-42℃。

在接近田间自然条件下，设置于一端可控开口的长方形田块为人工温度鉴定区内靠地表的加热装置加热空气，热空气上升使水稻穗层温度升高产生形成鉴定区所需要的异常高温；于长方形人工温度鉴定区长边方向由可控开口端向封闭端顺序增大加热器功率，使沿长方形人工温度鉴定区长边方向单位空间热效应顺序变化，形成长方形人工温度鉴定区内由可控开口端向封闭端水稻穗层空气温度按水平方向递增到设计最高温度，最终在人工温度鉴定区产生由可控开口端向封闭端的全逆境异常高温，实现鉴定水稻抽穗期抗高温性所需的全部高温。同时供鉴定的水稻样本种植行向沿长方形田块长边方向与加热装置由可控开口端向封闭端加热器功率顺序增大的方向相一致。本发明利用多路温度记录仪进行温度自动控制和记录，辅以人工手动温度控制。

所鉴定的水稻品种或水稻育种种质材料即水稻样本，抽穗授粉结实抗异常高温能力存在差异，遇异常高温条件结实率明显下降的致害高温不同，在相同的异常高温条件下，不同水稻受高温影响导致结实率下降幅度也不同。

将种植于田间自然条件下的人工温度鉴定区内的水稻于抽穗期进行全逆境高温处理，使各个供试水稻样本从可控开口端向封闭端按序排列的不同单株同期稻穗受到按水平方向递增的高温处理，同一稻穗受到相对一致高温处理，以结实率为指标，在完熟期考查供试样本的结实率，统计分析不同样本不同单株受处理稻穗的抗高温性差异，评价不同水稻新品种或育种材料抽穗期抗高温性。

在水稻生长环境为田间自然条件，仅抽穗期进行接近田间自然条件的全逆境高温处理，可极大提高鉴定结果的可靠性和科学性；田间自然条件下的人工温度鉴定区内可同期种植多个样本，可实现供试样本批次鉴定，对水稻新品种选育应用具有重大意义。

本发明利用上述方法原理，通过对供鉴定水稻样本新品种或育种材料进行接近田间自然条件的全逆境高温处理，促使水稻样本在设定高温环境下抽穗扬花，确保对多个样本的穗期抗高温性进行鉴定评价。

为了能够获得水稻抽穗期抗高温性鉴定所需的全逆境高温条件，获得较佳的鉴定效果，即使鉴定的结果与现实相一致，并充分利用自然条件，将鉴定区建为南北向长方形鉴定区；具体地，将鉴定区建成为长边为南北向长9m或控制在8-10m间，宽度为东西向宽3m也可设定为6m的长方形田块，鉴定区的田块南北向长边，长边方向越长越好，而东西向则为宽边，水稻样本的栽植方向以长边方向为纵向或纵行栽植，并对田埂进行硬化，作为种植供鉴定水稻样本的人工温度鉴定试验田块。

在实施过程中，于硬化田埂上构建高2-2.5m的围栏，用于高温处理期固定围膜，减少自然风对温度鉴定区温度的影响；上方构建活动式顶棚，用于处理期固定盖膜，减少垂直方向温度过速下降，调控高温天气温度鉴定区超高温度，并确保鉴定区温度不受阴雨气制约而影响鉴定连续进行，实现水稻生长季节的全天侯鉴定。

为了供每个供鉴定水稻样本能接受全逆境高温处理，确保对样本抽穗期抗高温性准确鉴定，在步骤2中，供鉴定水稻样本移栽时纵向种成长条形，具体地，将适时播种的每个供鉴定水稻样本沿长方形人工温度鉴定区长边方向平行种植一至多个纵行，每个纵行种植30株以上，株距23cm-28cm，多个供鉴定样本顺次排列，靠鉴定区两个长边各种一行作保护行，每个供鉴定样本于鉴定区外种植3-5株作对照。

本发明水稻抽穗期抗高温性全逆境异常高温处理方法：可设计等功率或不等功率空气加热装置，具体地如采用不锈钢电热管为空气加热装置，或用空气加热线绕圆筒形支架成柱体作空气加热器，单管功率300-600W，每管输入线接可调控开关调节加热器功率，单个人工温度鉴定区田块根据试验区长度由多根电热管构成加热器组。

进一步地，加热装置与多路温度控制记录仪连接实现温度自动控制及记录，具体地，加热器装置与继电器连接，再与多路温度控制记录仪连接，然后连接电源，多路温度传感器连接多路温度控制记录仪实现温度自动控制及记录。

本发明，温度探测装置的温度控制记录仪控温设定为温度鉴定区封闭端要求的最高温度，由封闭端温度传感器测值，经温度控制记录仪开闭电源；温度鉴定区可控开口端通过人工手动控制在高温危害起点温度以下。

本发明，根据供鉴定水稻样本稻穗抽穗情况确定处理期，于处理前从鉴定区封闭端开始在水稻样本植株中下部顺次放置加热装置电热管，沿水稻样本的栽植方向，从封闭端开始至三分之一区段内每行放置一根电热管，三分之一至三分之二区段内每隔一行放置一根电热管，三分之二区段以外每隔两行放置一根电热管，并依次调节电热管功率，在水稻穗层设有温度探测装置，即在水稻上方等距设有8个温度传感器，传感器探头放于水稻穗层位置，然后固定鉴定区顶棚盖膜并用活卡卡定开口端以外其他各面的围膜，开口端做成百叶窗式栅栏用于调节鉴定区内的温度。

具体使用从处理期第一天开始，每天9∶00封闭三面围膜并接通电源增温，温度控制记录仪自动测温、显温、控温，其间随时调节窗式栅栏使开口端温度控制在35℃以下，遇自然温度很高时则可通过升降顶棚调温，最高温度控制设定从9∶30开始设为37℃起，每隔30min调高1℃，至12∶00增至设定的42℃，然后稳定在42℃，至15∶00停止加热，每天停止加热后揭开三面围膜恢复田间自然状态，如此连续处理7-10d。

为了使水稻样本抽穗期抗高温性鉴定指标可靠，结果真实，处理前将样本已抽出稻穗全部拔除，处理后将水稻样本未抽完及未破口稻穗全部拔除，保留稻穗则为全穗扬花期均受到设置温度处理。

为了能够对水稻样本抽穗期抗高温性进行定量及定性评价，对供鉴定水稻样本保留稻穗在其完熟后，终花后25-30天考种即考察其结实率，按单株序号计算区段平均结实率，进行水稻样本间比较和各水稻样本与对照水稻样本的比较，以致使水稻样本品种结实率下降10%-20%时的危害温度，作为高温危害起点温度划分水稻抽穗期抗高温类型（表1）：≤37℃为敏感型，37℃-39℃为中抗型，≥39℃为高抗型；每种类型再以危害高温区段≥39℃、37℃-39℃、≤37℃水稻样本品种结实率降幅为指标分档（表2）：高抗型分一档即高抗型Ⅰ，该类水稻样本品种对极端异常高温反应迟钝，生产应用风险极小；中抗型分二档即中抗型Ⅰ、Ⅱ，中抗型Ⅰ水稻样本抗中度异常高温，生产应用风险小，中抗型Ⅱ生产应用风险较大；敏感型分二档，为Ⅰ、Ⅱ型，即敏感型Ⅰ在正常年份可以适量使用，敏感型Ⅱ宜予淘汰。

表1水稻样本品种抗高温型分类

说明：表中*结实率降幅。

表2水稻样本品种抗高温型等级划分

说明：表中*结实率降幅。

具体实施方式：下面结合实施例对本发明作进一步的说细说明。

实施例：本实施例中的水稻样本品种抽穗期耐高温性鉴定方法包括如下步骤：

步骤1：建立水稻抽穗期抗高温性全逆境鉴定区，在试验区规划长9m、宽3m的南北向，长方形田块，对田埂进行硬化；于硬化田埂上构建高2m的围栏用于处理期固定围膜，上方构建活动式顶棚用于处理期固定盖膜，建成长方形鉴定试验田块；

步骤2：供鉴定水稻样本选择与种植；选择形状已经稳定、进入区试第二周期具有审定潜力的水稻样本新品种或各种具有抗高温育种利用潜力的水稻育种种质确定为进行水稻抽穗期抗高温性鉴定的水稻样本，并选取抽穗期抗高温性分别为强、弱的二个水稻品种作为对照样本；

供鉴定水稻样本适时播种，移栽时每个供鉴定样本沿长方形人工温度鉴定区长边方向平行种成长条形，种植一至多个纵行，每个纵行种植30株以上，株距23cm-28cm，行间距17-20cm，多个供鉴定水稻样本顺次排列，靠鉴定区两个长边各种一行作保护行，每个供鉴定水稻样本鉴定区外种植3-5株作对照，采用高产栽培技术栽培；

步骤3：根据供鉴定水稻样本稻穗抽穗情况确定处理期，加热装置采用单管功率500W不锈钢电热管及空气加热线加热器为空气加热器，每管接可调控开关调节加热器功率，单个人工温度鉴定区根据试验田块长度由多根电热管构成加热器组，于处理前从鉴定区封闭端开始在水稻植株中下部即放置于水稻样本的种植表面与植株的稻穂层之间顺次放置电热管，沿水稻样本的栽植方向，从封闭端开始至三分之一区段内每行放置一根电热管，三分之一至三分之二区段内每隔一行放置一根电热管，三分之二区段以外每隔两行放置一根电热管，并依次调节电热管功率；在水稻样本上方设有温度探测装置，如等距悬挂8个温度传感器，传感器探头放于水稻穗层位置，加热器组与多路温度控制记录仪连接，多路温度传感器连接多路温度控制记录仪；固定鉴定区顶棚盖膜并用活卡卡定开口端以外三面围膜，开口端采用百叶窗调节温度。处理前将样本已抽出稻穗全部拔除；

从处理第一天开始，每天9∶00封闭三面围膜并接通电源增温，温度鉴定区封闭端最高温度控制设定从9∶30开始设为37℃起，每隔30min调高1℃，至12∶00增至42℃，然后稳定42℃至15∶00，温度控制记录仪自动测温、显温、控温，其间随时调节窗式栅栏使开口端温度控制在35℃以下，遇自然温度很高时通过升降顶棚调温，每天停止加热后揭开三面围膜恢复田间自然状态，连续处理7-10d即是7-10天时间；

处理结束当天下午将样本未抽完及未破口稻穗全部拔除，保留全穗扬花期均受到设置温度处理的稻穗；

步骤4：对供鉴定水稻样本保留稻穗在其完熟后（终花后25-30天）考查每穗总粒数、实粒数，以单株序号计算的区段平均结实率为指标，进行样本间比较和各样本与对照水稻样本的比较，以致使品种结实率下降10%-20%时的危害温度作为高温危害起点温度划分水稻抽穗期抗高温类型：≤37℃为敏感型，37℃-39℃为中抗型，≥39℃为高抗型；每种类型再以危害高温区段≥39℃、37℃-39℃、≤37℃品种结实率降幅为指标分档：高抗型分一档即高抗型Ⅰ，中抗型分两档即中抗型Ⅰ、Ⅱ，敏感型分为Ⅰ、Ⅱ，综合分析评价水稻样本的抽穗期抗高温性及生产应用性，确定品种高温稳产性。

Claims (7)

1.一种鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，其特征是，包括如下步骤：

1）在自然条件下，设置于一端为可控开口端另一为封闭端，并可进行人工温度调节的水稻抽穗期抗高温性的鉴定区；

2）将所需鉴定的水稻样本，沿鉴定区的一方向平行种植一或多个纵行，水稻样本的种植行向与鉴定区内温度变化方向相一致，多个供鉴定水稻样本顺次排列，种植于鉴定区内；

3）于鉴定区内靠植株地表面与水稻穗层间设空气加热装置加热空气，使水稻样本抽穗期水稻穗层温度达到异常高温条件下的设定温度；

4）根据鉴定区内的供鉴定水稻样本的结实率，进行水稻样本间比较和各水稻样本与对照样本比较，设定水稻样本结实率下降10%-20%时的危害温度为高温危害起点温度，设定水稻抽穗期抗高温类型：＜37℃为敏感型，37℃-39℃为中抗型，＞39℃为高抗型；同时确定每种类型以危害高温区段＞39℃、37℃-39℃、＜37℃水稻样本结实率降幅为指标定档，高抗型设定一档，中抗型设定二档，敏感型设定二档，确定水稻品种高温稳产性递减。

2.依据权利要求1所述的鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，其特征是1）步所述鉴定区是为一端设有可活动开口端其余为全封闭的长方形大棚。

3.依据权利要求1或2所述的鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，其特征是1）步所述的鉴定区设为长方形田块，于田块的周围设高2-2.5m的围栏，围栏上设有围膜，并于围膜上设有活动盖膜。

4.依据权利要求1所述的鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，其特征是将所需鉴定的各单个水稻样本，沿鉴定区的一方向平行种植一或多个纵行，水稻样本的种植行向与鉴定区内温度梯度增加方向相一致，每个纵行种植30株以上，控制株距23-28cm，多个供鉴定水稻样本顺次排列，靠鉴定区两平行种植边，各种一行保护行，每个供鉴定水稻样本，于鉴定区外种植3-5株对照。

5.依据权利要求1所述的鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，其特征是控制使同一供鉴定水稻样本按序排列的不同单株于抽穂期同期抽出稻穗，从破口到全穗开花结束，能受到不同异常高温处理，且同一单株的稻穗，从破口到全穗开花结束，则受到相对一致的异常高温处理；同一水稻样本按序排列的不同单株的同期稻穗结实率差异确定该水稻样本抽穗期高温敏感度及抽穗期抗高温性。

6.依据权利要求1所述的鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，其特征是3）步，所述鉴定区内的加热装置由一端可控开口端向另一封闭端顺序增大加热装置功率，形成鉴定区内由可控开口端向封闭端水稻穗层空气温度按水平方向递增到设计最高温度，实现由可控开口端向封闭端的异常高温环境条件下高温。

7.依据权利要求1所述的鉴定水稻抽穗期抗高温性的方法，其特征是于鉴定区内供鉴定的水稻样本的水稻穗层设有温度探测装置。