（作物栽培学与耕作学专业论文）水稻不同生育期的耐冷性及鉴定指标的筛选.pdf

摘要 本文以本所和协作单位提供的材料2 1 份，分别在芽期、苗期、孕穗期、抽穗 开花期和灌浆初期，采用自然低温和人工低温的方法，对水稻的形态、生长发育、 生理等耐冷性鉴定指标进行了测定和分析，得出在不同时期的耐冷性，还对苗期 低温处理对开花期耐冷性的后效应进行了初步研究，选取不同类型的品种测定出 指标相对值，研究低温胁迫下植株形态和生理生化特性的变化及与品种耐冷性的 关系，依据相关分析和主成分分析法，筛选出了一些耐冷性鉴定指标。研究结果 如下： 1 低温胁迫下，植株生长受到抑制。芽期和苗期的存活率受到影响；在芽期， 叶片数、根数、根长与存活率的相关性均不显著：苗期人工低温下的苗高、 根数和根长与苗期存活率间相关性也不显著；苗期自然低温胁迫下，叶龄、 倒一叶长、株高和干物质积累受到不同程度的抑制，都较对照降低。经相关 分析，叶龄、株高、心叶下倒一叶长与苗期品种的耐冷性相关性显著。 2 低温胁迫后，影响水稻叶片的衰老、干物质积累和结实性状。在孕穗期、抽 穗丌花期和灌浆初期低温胁迫下，除个别外，叶面积变化都较常温减少，对 同一品种而言，低温在加速叶片衰老的程度上，后期低温要大于前期。在干 物质积累方面，低温处理后的较常温下的小，并且相对而言，灌浆初期干物 质下降的幅度要大于抽穗开花期和孕穗期下降的幅度，但都与品种的耐冷性 相关性不显著。低温胁迫后，三个时期的结实率都较常温下的有不同程度的 降低，二次枝梗在孕穗期较对照有明显减少，其他则变化不明显。 3 低温胁迫下，植株体内的生理代谢发生明显的变化。在苗期，叶绿素含量和 s o d 酶活性下降，可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸、游离氨基酸和m d a 含量 上升。在孕穗期、抽穗开花期和灌浆初期，叶绿素s p a d 值、光合速率和蒸腾 速率下降，可溶性蛋白、可溶性糖、游离氨基酸、脯氨酸、m d a 含量、s o d 活 性、p o d 活性上升。从相关分析看，苗期可溶性蛋白、脯氨酸和m d a 含量与 品种的耐冷性相关性显著或极显著。开花期的光合速率和s o d 活性与品种耐 冷性相关性显著。在孕穗期和灌浆初期，各指标与品种的耐冷性相关性均不 显著。 4 本研究得出，水稻不同时期的耐冷性均呈正相关关系。其中苗期和芽期耐冷 性呈显著正相关关系，孕穗期和灌浆初期耐冷性呈极显著正相关关系。 5 苗期低温处理后水稻成熟时的结实率低于没有低温处理的；苗期和抽穗开花 期都低温处理下的结实率有的较抽穗开花期一个时期低温处理下的低，苗期 低温处理后一定程度上可以提高在开花期在遇低温时的耐冷性。 6 本文结合相关分析的结果，对5 个品种苗期和抽穗开花期的指标进行了主成 分分析，并通过线性回归建立了方程，方程极显著。在苗期筛选出了叶龄、 m d a 两个耐冷性鉴定指标，在开花期筛选出了光合速率和s o d 活性两个耐冷 性鉴定指标。 关键词：水稻；低温胁迫；耐冷性；鉴定指标；后效应 t h e c o l dt o l e r a n c ea n ds c r e e n i n go fc o l dt o l e r a n c ei d e n t i f i c a t i o ni n d e x e s i nr i c ev a r i e t i e sd u r i n gd i f f e r e n ts t a g e s t w e n t y o n er i c ev a r i e t i e sw e r ep r o v i d e db yr i c er e s e a r c hi n s t i t u t eo fs i c h u a na g r i c u l t u r a l u n i v e r s i t ya n di t sc o l l a b o r a t e du n i t u s e dt h ew a y so fn o r m a lt e m p e r a t u r ea n dl o wt e m p e r a t u r e ， t h em o r p h o l o g i c a l ，g r o w t ha n dd e v e l o p m e n ti n d e x e so fc o l dt o l e r a n c ew e r et e s t e da n da n a l y z e d d u r i n gb u ds t a g e ，s e e d i n gs t a g e ，b o o t i n gs t a g e ，f l o w e r i n ga n df i l l i n gs t a g e s ，g o tt h ec o l dt o l e r a n c e i nd i f f e r e n ts t a g e s ，a n dr e s e a r c h e dt h ee f f e c t so fl o wt e m p e r a t u r ea ts e e d i n gs t a g eo nt h ee x p r e s so f t h ec o l dt o l e r a n c eo fr i c ea tf l o w e r i n gs t a g e u s i n gt h er e l a t i v em a g n i t u d e so fr e p r e s e n t a t i v e v a r i e t i e sw h i c hh a dd i f f e r e n tc o l dt o l e r a n c e ，t h em o r p h o l o g i c a lc h a n g e so fp l a n t s ，p h y s i o l o g i c a l f u n c t i o n sa n db i o c h e m i s t r yc h a r a c t e r i s t i c s ，a n dt h e i rr e l a t i o n sw i t hc o l dt o l e r a n c ew e r es t u d i e d b a s e do nt h ec o r r e l a t i o na n a l y s i sa n dp r i n c i p a lc o m p o n e n t sa n a l y s i s ，g o ts o m es c r e e n i n go fc o l d t o l e r a n c ei d e n t i f i c a t i o ni n d e x e s t h ef o l l o w i n gs i xs e c t i o n sc o n c l u d e dt h ec o r ep o i n t so ft h i ss t u d y 1 p l a n tg r o w t hw a si n h i b i t e du n d e rt e m p e r a t u r es t r e s s d u r i n gb u ds t a g ea n ds e e d i n gs t a g e ， l i v a b i l i t yw a si n h i b i t e d ；a tb u ds t a g e ，t h el e a fn u m b e r , r o o tn u m b e ra n dr o o tl e n g t hw e r en o t s i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e dw i t hl i v a b i l i t y a n dt h ep l a n th e i g h t ，r o o tn u m b e ra n dr o o tl e n g t ha l s ow e r e n o ts i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e dw i t hl i v a b i l i t yi ns e e d i n gs t a g eu n d e ra r t i f i c i a ll o wt e m p e r a t u r e ；u n d e r n a t u r a ll o wt e m p e r a t u r es t r e s sa ts e e d i n gs t a g e ，l e a fa g e ，l e n g t ho ft h ef i r s tl e n g t hf o r mt h et o p ， p l a n th e i g h ta n dd r yw e i g h tw e r ei n h i b i t e d t h r o u g hc o r r e l a t i o na n a l y s i s ，e x c e p td r yw e i g h t ， t h e yw e r es i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e dw i t hl i v a b i l i t y 2 t h er i c el e a f , d r ym a t t e rw e i g h ta n df i l l i n gc h a r a c t e rw e r ee f f e c t e da f t e rl o wt e m p e r a t u r e s t r e s s u n d e rl o wt e m p e r a t u r es t r e s si nb o o t i n g ，f l o w e r i n ga n df i l l i n gs t a g e s ，l e a fa r e aw a sl e s s t h a ni t su n d e rn a t u r a lt e m p e r a t u r ee x p e c to n ev a r i e t y t os a m ev a r i e t y , t h ee a r l i e rl o wt e m p e r a t u r e w a sm o r et h a nt h el a t t e ri nl e a fs e n i l i n g a td r ym a t t e rw e i g h t ，t h ew e i g h tu n d e rl o wt e m p e r a t u r e w a sl i g h t e rt h a ni t su n d e rn a t u r a lt e m p e r a t u r e ，a n dt h ed e c l i n er a t ea tf i l l i n gs t a g ew a sb i g g e rt h a n i t sa tb o o t i n ga n df l o w e r i n gs t a g e s ，b u tw e r en o ts i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e dw i t ht h e i rc o l dt o l e r a n c e af t e rl o wt e m p e r a t u r es t r e s s ，t h es e e ds e t t i n gr a r eo ft h r e es t a g e sw e r ed e c r e a s e d ，a n dt h en u m b e r o fs e c o n d a r yb r a n c h e ss i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e d ，w h i l eo t h e ri n d e x e sw e r en o tr e m a r k a b l e 3 t h e r ew e r ec o n s p i c u o u sc h a n g e so np h y s i o l o g i c a li np l a n t su n d e rl o wt e m p e r a t u r es t r e s s a t s e e d i n gs t a g e ，c h l o r o p h y l lc o n t e n ta n ds o da c t i v i t yd e c r e a s e d ，w h i l es o l u b l ep r o t e i n ，s o l u b l e s u g a r , p r a l i n e ，a m i n oa c i dc o n t e n ta n dm d a c o n t e n ti n c r e a s e d i nb o o t i n g ，f l o w e r i n ga n df i l l i n g - 3 s t a g e s ，p h o t o s y n t h e t i cr a t e ，t r a n s p i r a t i o nr a t ed e c r e a s e d ，s o l u b l ep r o t e i n ，s o l u b l es u g a r , p r a l i n e ， a m i n oa c i da n dmd ac o n t e n t ，s o da n dp o da c t i v i t i e si n c r e a s e d t h r o u g hc o r r e l a t i o na n a l y s i s ， s o l u b l ep r o t e i n ，p r a l i n ea n dm d ac o n t e n tw e r es i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e dw i t ht h e i rc o l dt o l e r a n c ei n s e e d i n gs t a g e p h o t o s y n t h e t i cr a t ea n ds o da c t i v i t yw e r es i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e dw i t ht h e i rc o l d t o l e r a n c ei nf l o w e r i n gs t a g e ，w h i l et h ei n d e x e sw e r en o ts i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e di nb o o t i n ga n d f i l l i n gs t a g e 4 f o r mt h i ss t u d y , t h ec o l dt o l e r a n c eo ft h er i c ew a sp o s i t i v ec o r r e l a t ei nd i f f e r e n ts t a g e s a n d t h ec o l dt o l e r a n c e d u r i n gs e e d i n ga n d b u ds t a g e ，d u r i n gb o o t i n ga n df i l l i n gs t a g e w e r e s i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e d 5 a f t e rl o wt e m p e r a t u r es t r e s si ns e e d i n gs t a g e ，t h es e e ds e t t i n gr a t ew a sl o w e rt h a nn a t u r a l t e m p e r a t u r ew h e nr i p e n e d m a n ys e e ds e x i n gr a t e su n d e rl o wt e m p e r a t u r es t r e s si ns e e d i n ga n d f l o w e r i n gs t a g e sw e r el o w e rt h a nw h e no n l yo n es t a g eu n d e rf l o w e r i n gs t a g el o wt e m p e r a t u r e s t r e s s a f t e rl o wt e m p e r a t u r es t r e s sa ts e e d i n gs t a g e ，i tc o u l di m p r o v et h ec o l dt o l e r a n c ew h e nr i c e m e tl o wt e m p e r a t u r ea tf l o w e r i n gs t a g e 6 u s i n gt h er e s u l t so fc o r r e l a t i o na n a l y s i s ，t h ei n d e x e so f5r i c ev a r i e t i e si ns e e d i n ga n d f l o w e r i n gs t a g e sw e r eu s e dt oc o n s t r u c ta ne q u a t i o nb yp r i n c i p l ec o m p o n e n t sa n a l y s i sa n dl i n e r e g r e s s i o na n a l y s i sa n dt h ee q u a t i o nw a ss i g n i f i c a n t s c r e e n e dl e a fa g ea n dm d ac o n t e n t i d e n t i f i c a t i o ni n d e x e so fc o l dt o l e r a n c ei ns e e d i n gs t a g e ，p h o t o s y n t h e t i cr a t ea n ds o da c t i v i t y w e r es c r e e n e di nf l o w e r i n gs t a g e k e yw o r d s ：r i c e ；l o wt e m p e r a t u r es t r e s s ：c o l dt o l e r a n c e ：i d e n t i f i c a t i o ni n d e x ；f o l l o w u pe f f e c t 4 论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作所取 得的成果。尽我所知，除了文中特j j i j d h 以标注和致谢的地方外，学位论文中不包 含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川农业大学 或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 弓蕾泰锯；口口3 年二h 参b 关于论文使用授权的声明 本人完全了解四川农业人学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被商阅和借阅，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意四川农业人学可以用不同方式在不同媒体 上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 研究生签名傍黍窿 导师签名： 知0 8 年6 只b 硝年石月岁日 1 即j吾 水稻是世界第一大粮食作物，年种植面积约1 4 亿公顷，产量占世界粮食产 量的1 3 ，是世界1 3 人口的粮食作物，主要产稻国有中国、印度、泰国、马来西 亚等。低温天气和冷水灌溉所致的冷害是南亚和东南亚热带、亚热带国家以及 中国、同本、韩国等温带国家水稻生产中的一大限制因子乜1 。据报道全世界有1 5 0 0 万公顷以上的稻作受到低温威胁1 ，包括中国、同本、韩国在内的2 4 个国家存在 严重的低温冷害问题h 1 。同本仅1 9 9 3 年的低温冷害使稻谷总产减少t 2 8 ，迫使 其当年大量进口大米。 我国水稻从北纬5 3 。2 7 至1 8 。0 9 间地域均有种植佑1 。在有稻谷生产的华北、 东北、西北、长江中下游、西南和华南地区都受到程度不同的低温冷害威胁。东 北地区的水稻平均3 - 4 年中有1 年遭受低温冷害：长江中下游及华南地区的稻作除 了受“五月害”外，更主要的是受“寒露风”的危害，在1 9 5 1 - 1 9 8 0 年间，长江 中下游的粳稻和籼稻分别有7 年$ n 9 年遭受“寒露风危害：同期华南籼稻则有8 年受到“寒露风”的侵袭而受损。全国灾年每年要损失稻谷5 0 1 0 0 亿k g 阳1 。四川 省是全国主要的产粮地区，有些水稻栽培地区海拔较高，低温冷温问题也较为突 出，存在着水稻生长前期和生长后期低温，即所谓的“倒春寒”和“八月低温” 所形成的“两头低温”，尤其是后期的“八月低温”对水稻产量影响更大，给四 川水稻生产带来威胁。 综上所述，冷害是水稻生产中普遍发生的一种现象。解决水稻冷害问题对于 世界食物安全，促进稻谷产区的经济发展具有十分重要的现实意义，因此开展水 稻耐冷性研究显得十分必要。 1 1 文献综述 1 1 1 水稻冷害的类型 一般而言，水稻冷害是指稻株遭遇到低于其j 下常生育所需的温度一段时间 后，正常的生长发育受到了影响的一种现象。水稻正常生长发育所需的温度因水 稻的类型、生长发育进程而不同，同时水稻的生理状况等与其能够承受的低温也 有密切关系，因此，水稻冷害是一个相对的概念。 水稻在生长发育过程中，经常会遇到低温和光照不足，由此引起种子发芽不 良、烂秧、幼苗生长缓慢、生育萎缩，发生叶赤枯、穗尖颖花退化、生育期延迟、 不育、成熟不良等现象，最终导致产量减少。根据水稻使水稻产量受损的原因， 冷害分为障碍型冷害、延迟型冷害和混合型冷害口。8 1 。障碍型冷害是在减数分裂 期或开花受精阶段遇到低温引起花粉的发育不良和花药不能j 下常开裂而不能正 常受精，从而导致结实率的降低，进而影响产量的一种冷害；而延迟型冷害是在 营养生长期或灌浆期由于低温和光照不足引起幼穗分化缓慢和抽穗的延迟，进而 导致水稻成熟不良和产量降低的一种冷害阳1 。上述两种冷害同时发生时，称之为 混合型冷害。 根据低温冷害发生的时期，可分为芽期冷害、苗期冷害、孕穗期冷害、开花 期冷害和灌浆期冷害n 州。芽期冷害是指从播种到第一完全叶期间受到低温侵袭， 导致出芽时间延长或烂秧的一种冷害。这类冷害在我国长江中下游的早稻区及东 北等地较为突出，日本的东北部、北海道及韩国等采用直播的稻区也较为严重。 苗期冷害是指从第一完全时开始的整个营养生长期间受到低温侵袭，导致秧苗失 绿、发僵、分蘖减少、秧苗枯萎甚至死苗等，最终影响产量的一种冷害。这类冷 害在我国的长江中下游的早稻区、东北、西北稻区及云贵高原的一季稻区发生。 孕穗期冷害是指从水稻生殖生长开始到开花前受到低温影响，导致花粉发育不正 常继而影响j 下常开花授粉导致空粒的一种冷害。这类冷害常在同本东北部、北海 道、菲律宾北部、印度北部山区、印度尼西亚山区、尼泊尔、美国加利福尼亚州、 我国东北、云贵高原粳稻区及长江中下游的晚稻上发生。开花期冷害是指在水稻 的开花期遇到低温，导致花药不能正常开裂散粉、散落到柱头上的花粉不能正常 地萌发授精，直接影响结实，产生空粒的一种冷害。由于这类冷害的发生时期与 孕穗期冷害十分接近，生产实际中有时较难将两者严格地区分开来，常将两者合 称为孕穗开花期冷害。灌浆期冷害是指水稻受精以后遇到低温，抑制了叶片正常 的光合作用和光合产物的运输，进而使稻谷的充实度变差、品质变劣的一种冷害。 这类冷害在云贵高原及尼泊尔等高海拔稻区常有发生。 1 1 2 水稻耐冷性研究方法 稻品种对低温冷害所具有的抵抗性或忍耐性被称为耐冷性，耐冷性一词所对 应的英文述语以c o o lt o l e r a n c e ，c o l dt o l e r a n c e ，t o l e r a n c et oc h i 儿i n g i n j u r y 使用最为普遍。针对不同冷害类型，鉴定和评价品种耐冷性方法及指标各 不相同。 1 1 2 1 耐冷性鉴定方法 要鉴定作物的耐冷性，首先要给作物创造一个适当的低温胁迫环境，然后选 择恰当的指标来区分作物刚的耐冷性差异，目前主要有以下几种低温处理方法 ：自然低温处理法：将供试品种分期播种，以自然低温造成低温胁迫，直接 按照作物结实率、产量或生长状况来评价品种的耐冷性，此方法与生产实际相近， 适合对大量的资源和育种材料进行筛选，但受自然低温发生的时期、强度影响， 重复性差；地下深冷水串流灌溉法：将材料栽种于水泥池中，以地下深冷水灌 溉，可调节水深，该方法的特点可保证每年都有较为可靠的耐冷性鉴定结果，但 不同成熟期的材料受到冷水处理的时间长短不一，对精确评价各材料的耐冷性尚 有欠缺之处；恒温冷水循环灌溉法：利用冷水制造机和温度控制装置使循环灌 溉水的水温处于设定的范围内，一般设定的水温为1 9 0 0 2 ，使从开始进入 生殖生长至完成受精期间的稻株受到可人为调控的冷水处理，其它时期的生长条 件正常，最后以结实率来评价其耐冷性。该方法的特点在于保证了鉴定的高精度， 进而使之能够鉴别耐冷性差别较小的材料，同时较充分地利用了水资源，其欠缺 之处同于串流灌溉鉴定；人工气候法：利用人工气候箱( 室) ，人为地控制温、 光、湿，对材料进行培养和耐冷性鉴定，该方法适宜于开展高精度的耐冷性鉴定 和研究，特别是耐冷性遗传和生理方面的研究。但耗电多，一次性处理材料有限。 1 1 2 2 水稻不同生育期耐冷性鉴定及评价指标 1 1 2 2 1 芽期耐冷性鉴定方法和评价指标 芽期耐冷性的鉴定种子萌发后( 芽长约5 m m ) 在5 条件下处理l o d ，然后 在常温下恢复l o d ，按下列标准评级：1 级一全部存活，3 级一8 0 9 9 存活， 5 级一5 0 7 9 存活，7 级一1 - - - 4 9 存活，9 级一全部死亡一羽。 芽期耐冷性对于提高直播稻区品种的成苗率十分重要，因此芽期耐冷性种质 对于播种后常发生低温危害的地区很有用。 1 1 2 2 2 苗期耐冷性鉴定方法和评价指标 常用的苗期耐冷性鉴定方法及评价指标有以下4 种： ( 1 ) j 下常条件下育苗至2 - - - 3 叶期，在5 、相对湿度7 0 , - - - 8 0 、光照1 2h 、 光强2 - - 3 力1 u x 下处理7d ，然后置于常温下让其恢复，恢复至第6 d 调查其幼苗枯 死率。评价标准为：1 级幼苗枯死率0 - 2 0 ，2 级幼苗枯死率2 1 - - - , 3 0 ，3 级幼苗枯死率3 1 - - 4 0 ，4 级幼苗枯死率4 1 - - 5 0 ，5 级幼苗枯死率 5 1 6 0 ，6 级幼苗枯死率6 1 - 7 0 ，7 级幼苗枯死率7 1 - - 8 0 ，8 级一 一幼苗枯死率8 1 - - 9 0 和9 级幼苗枯死率9 1 1 0 0 n 引。 ( 2 ) 正常条件下育苗至3 叶期，在温度为5 、相对湿度7 0 - - 8 0 、光照1 2h 的条件下处理4 d ，然后置于常温下让其恢复，恢复至第6 d ，以叶片的凋萎程度为 耐冷性评价指标。1 级仅叶尖凋萎，2 级第2 、3 叶的叶片凋萎面积达1 3 ，3 级叶片凋萎面积达1 2 ，4 级叶片2 3 面积凋萎，5 级第2 、3 叶 的叶片全部凋萎，但叶尖仍绿色，6 级叶片和叶尖全部凋萎引。 ( 3 ) 以冷处理后幼苗叶片卷枯程度来评价其耐冷性n 引。 ( 4 ) 在早春或晚秋季节，在罔间进行，根据叶色变化、苗高等指标来评价其耐冷 性6 1 。 1 1 2 2 3 孕穗期耐冷性鉴定方法及评价指标 常用的孕穗期耐冷性鉴定方法和评价指标有以下3 种： ( 1 ) 在常温下育苗，当材料进入幼穗分化期时，在人工气候室中进行低温处理。 人工气候室的光照0 3 万1 0 万l u x ，温度1 5 下处理5d 或1 2 下处理3d 后，移至常温下恢复，直至成熟，以平均结实率作为耐冷性评价指标刚。 ( 2 ) 在高3 0c m 、直径1 5a m 圆形塑料钵内将2 0 粒发芽的种子环形播种，在常温 下育苗，除去所有的分蘖仅留主茎。当材料进入幼穗分化时，在相对湿度8 0 、光 照1 3 万l u x 、恒温1 5 的人工气候室中处理7 d ，然后在常温下恢复直至成熟。 按低温处理开始时的不同剑叶叶枕距来整理结实率，并以最低结实率所对应的叶 枕距为中点，将低温处理时叶枕距处于该中点5c m 范围内的全部穗子平均结 实率为指标来评价材料的耐冷性n 6 1 。 ( 3 ) 按1 1 2 2 3 ( 2 ) 操作，当钵内多数材料的剑叶叶枕距处于一2 一5a m 时，在恒温1 2 下处理7 2h 后，放回常温下直至成熟。以特定颖花结实率( 特定 颖花指稻穗最上端3 个一次枝梗上从上往下数第3 、4 、5 朵颖花，故每穗上共有 特定颖花9 朵) 而不是整穗的结实率作为耐冷性评价指标m 1 。 1 1 2 2 4 开花期耐冷性鉴定方法及评价指标 常用的开花期耐冷性鉴定方法及评价指标有4 种： ( 1 ) 操作如1 1 2 2 3 ( 2 ) ，但将抽穗后第2 天的材料置于1 2 恒温下处理5 d ，然后放回常温下直至成熟。以特定颖花的结实率或相对结实率( 低温处理结实 率对照结实率x1 0 0 ) 为指标来评价材料的耐冷性n 8 。饽1 。 ( 2 ) 正常条件下培育的稻株，抽穗当天放入相对湿度8 0 、光照1 o 1 3 万l u x 、 恒温1 5 的人工气候室中，处理7 d 后放回常温下直至成熟，以结实率作为评价 指标1 。 ( 3 ) 作法同1 1 2 2 4 ( 2 ) ，但于恒温1 7 5 的人工气候室中，处理1 4 d 后放回 常温下直至成熟，以结实率作为评价指标心引。 ( 4 ) 在人工气候室内，用长宽各1 5c m 、高1 0c m 的方形容器直播8 粒种子，仅留 主茎，待多数穗出穗的当天下午5 时以后开始进行处理。处理温度为1 7 5 、处 理时间为1 5 d 。种子成熟后，以处理开始时已经抽穗的整穗结实率为指标评价其开 发期耐冷性心。 1 1 2 3 耐冷性鉴定指标 研究者们从群体、个体、器官等角度出发，分别对水稻的生态学、解剖学、 形态学、生理学的耐冷表现进行了深入的研究，提出了各种耐冷性鉴定指标。 1 1 2 3 1 形态指标 作物在低温胁迫下，体内细胞在结构、生理生化上发生一系列适应性改变， 最终要在植株形态上有所表现，因而有些形态指标可用于耐冷性鉴定。研究表明， 根系发达程度如根数、根干重、最大根长、根冠比；叶的形态，如叶片大小、 形状、角度、叶片卷曲程度以及穗的长度、穗颈长等均可作为水稻耐冷性鉴定指 标。 1 1 2 3 2 生长发育指标 对耐冷的抵御能力，归根到底，就是低温胁迫下植物能否正常生长、发育、 完成生活史。作物在低温下的生长状况不仅决定着植株的光合面积、生产潜力及 最终产量，并对体内代谢产生反馈调节作用。因而，作物在低温条件下的种子发 芽率、存活率、株高、干物质积累速率、叶面积、花药长度、再生茎重、茎杆长 等可用于耐冷性鉴定。 1 1 2 3 3 生理生化指标 低温胁迫对作物影响较大，其影响着作物的光合作用、呼吸作用、营养的吸 收运输等各种生理过程。品种间在耐冷性方面所表现的差异，都有其相应的生理 生化基础。目前，许多学者对于耐冷性鉴定的生理生化指标作过大量的研究。比 较一致的研究结果表明叶片叶绿素、叶片光合速率、茎杆溢泌量、外渗电导率、 s o d 活性、m d a 含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量等均可作为耐冷性鉴定评价指标。 1 1 2 4 耐冷性鉴定指标的选择应遵循以下原则： 1 1 2 4 1 选择对指定作物有实用性和有效性的指标 由于作物种类不同，低温胁迫所带来的影响也有很大的差异。低温对某一作 物的某指标有明显的影响，但对另一作物的这个指标可能效应就不显著；另一方 面，低温胁迫对所选择的指标所产生的明显变化必须在作物的品种或品系间有比 较大的差异，这样才能发现鉴定材料耐冷性的差别。这就要求在选择指标之前， 对指定作物进行深入研究，尤其在待选指标的有效性方面。 1 1 2 4 2 谨慎选用有争议的指标 由于试验材料和试验条件的不同，不同研究者在对一些指标与耐冷性的关系 的研究中得出了不同的结论。主要反对观点是认为一些指标与耐冷性相关程度不 大或不相关；另一种观点是一些指标在品种和品系间差异不显著。所以在应用有 争议的指标时，必须根据具体试验条件和特定作物谨慎选用。 1 1 2 4 3 选择能用于大批量鉴定的指标 大批量鉴定的目的是为了从大量的待鉴定的材料中甄别出能为生产和科研 服务的优异资源。在实际的鉴定评价工作中，如果选用只适于小批量鉴定的指标， 则效率很低。一般来说，发芽率、存活率及其他一些生长发育指标比较合适。 1 1 2 4 4 选择简便经济的指标 为了提高鉴定评价效率和降低鉴定成本，进行大批量鉴定时有必要选择简 单、快捷和经济的指标。结实率指标是由众多生理生化过程决定的，受到环境影 响非常大，在实际鉴定过程中很难控制温度这个环境因子，所以必须种植庞大群 体，多播期多点多年重复鉴定，带来费工费时的缺点，也不能进行大批量的鉴定。 对根系的研究比较困难，不便作为大批量鉴定的简便指标。而一般的生理生化指 标需要进行实验室操作，尤其对渗透调节能力及一些代谢物质的测定需要较好的 设备和丰富的经验，难以在田问进行快速实测。 1 1 2 5 作物耐冷性的综合评价方法 低温对植物的危害是一个复杂的生理过程，而植物抵抗低温胁迫的能力又是 一个多系统的综合生理反应，它受物种本身的遗传基因控制，也受环境的制约。 1 2 2 】f 氏温发生时期、强度及持续时间不同，会表现出不同的耐冷特性。不同品种 具有不同的耐冷机制，即使同一品种在不同的时期耐冷机制也有一定的差异，所 以单一地对某一个指标或单项机理的研究都有一定的局限性，不能准确的评价其 耐冷性【2 3 1 。所以耐冷性的综合评价就是用多个指标评价作物的耐冷性，使单个 指标对评价耐冷性的片面性受到其他指标的弥补和缓和，从而使评定出的结果与 实际结果较为接近。 1 1 2 5 1 结实率指标 耐冷性鉴定的主要目的是培养和鉴定在低温条件下能够高产、稳产的品种。 因此，低温条件下的结实率和平均结实率等常被用作耐冷性鉴定的一项重要指 标。目前比较通用的耐冷性评价指标是采用低温条件下的结实率，但由于受品种 自身结实率低或颖花形态退化导致结实率降低而会引起误差，不少学者采取相对 结实率瞳引( 低温下的结实率常温下的结实率x 1 0 0 ) 来评价耐冷性，消除了自 身引起的误差，更加科学合理。虽然低温条件下的结实率实验常被当作一个最可 靠的耐冷性综合鉴定指标而用于品种耐冷性的最终鉴定，但工作量大且费时，难 以大批量进行。 1 1 2 5 2 分级评分法 把所有指标都分相伺数目的级别( 一般分五级)，测定品种在低温胁迫条 件下的这些指标值，划分级别，把各项级别值相加，即可得到鉴定材料的耐冷总 级别值，比较其大小来评定其耐冷性。高吉演乜引等在对水稻品种进行抗旱性鉴定 时就采用此方法来比较不同品种的抗旱性强弱。这种多指标分级评价比单指标评 定的耐冷性可靠性高的多。 1 1 2 5 3 数学分析法 1 1 2 5 3 1 隶属函数法先求出各耐冷指标在各品种中的具体隶属值：x 。，= ( x - x 咖) ( x , - x m ) 或x “d = 1 - ( x - x 山) ( x , - x 山) ，其中x 为各种品种 的某一指标测定值，x 。、x - ，。分别为所有品种中此指标的最大值和最小值。若所 用指标与耐冷性呈正相关，用式；反之用式。再累加指定品种各指标的耐冷 隶属值，求其平均值，根据各品种平均值大小确定耐冷性强弱。孙玉宏啪1 等用该 方法对品种各个耐冷指标的隶属值进行累加，求取平均值并进行品种问比较以评 定耐冷性。 1 1 2 5 3 2 耐冷性聚类分析法根据多项指标所测数据，对供试材料进行系统 聚类。根据聚类图将参试材料分成等级，如耐冷性强、耐冷性中等、耐冷性弱。 1 1 2 5 3 3 灰色关联度分析法根据狄色系统理论进行鉴定指标的狄色关联度 分析，筛选出高效的鉴定指标。 1 1 3 水稻耐冷性鉴定的研究现状 近几十年来，国内外对低温胁迫与水稻耐冷性机理和应用的研究比较重视， 对此已有大量的报道。但大都是针对某一个生育期的，而对水稻的整个生育期进 行系统和相关研究的还相对薄弱，据有关资料文献，水稻的耐冷性生理研究和不 同时期的耐冷性相关研究主要有以下几个方面： i 1 3 1 低温胁迫对水稻形态指标的影响 作物在遭受低温胁迫时，形态上会发生一些变化。目前对水稻形态指标在低 温胁迫下的变化主要集中在对叶片的萎蔫程度、叶片卷曲度、叶色、根系、穗部 特征上的研究上。在苗期鉴定中，n a g a m i n et a n d n a k a g a h a r am 1 就以凋萎 程度为耐冷性鉴定指标，将水稻苗期耐冷性分为6 级，而徐云碧、申宗坦5 1 和李 太贵等1 则分别以叶片卷曲度和叶色变化来作为水稻苗期的耐冷性鉴定。 1 1 3 2 低温胁迫对水稻生长发育指标的影响 水稻在生长发育过程中对低温十分敏感，低温胁迫能使水稻生长减缓或停止 甚至死亡。中日合作项目组n3 l ，对2 - 3 叶期水稻进行低温处理，恢复6 d 后调查死 亡率，以此来作为水稻苗期的耐冷性鉴定。李霞、戴传超等幢 以低温处理下秧苗 存活率作为耐冷性鉴定指标，并对水稻幼苗高度进行了研究，研究表明，株高与 人工低温处理下的耐冷性一致。戴陆园乜町以云南稻种耐冷资源昆明小白谷为材 料，在人工控温条件下发现结实率与穗颈长、穗长、株高等存在显著或极显著的 正相关，因此提出将此作为耐冷性鉴定指标的间接指标。叶荣昌例以3 0 份不同耐 冷级别的耐冷性标准品种为材料在不同栽培条件下经低温处理研究了耐冷性与 花药大小的关系，结果表明，耐冷性与冷水处理下的花药长度的缩短率成显著正 相关，即耐冷性弱的品种经冷水处理后花药缩短率大，结实率低。戴陆园似州研究 表明，耐冷品种的总花粉数明显多于不耐冷品种的花粉数，低温导致结实率降低 主要是花粉内的可育花粉数减少造成的，从而提出可育花粉数是水稻孕穗期耐冷 性的主要构成因子。由于低温溢泌量可作为品种耐冷性指标，但测量溢泌量很复 杂，戴陆园口订首次发现再生茎重溢泌量间存在着十分密切的正相关，提出低温下 再生茎重可作为品质耐冷性鉴定指标的观点。 1 1 3 3 低温胁迫对水稻生理生化指标的影响 植株在低温胁迫下，会引起一系列的生理生化变化，叶片叶绿素含量减少， 光合作用下降，物质积累减少，膜的结构与透性被破坏，脯氨酸、丙二醛积累、 酶活性变化等。对生理生化指标进行研究对于了解作物的耐冷性具有重要意义。 戴玉池口羽对不同水稻品种进行耐寒性生理鉴定，用电导率和丙二醛的变化对水稻 的耐冷性做了初步的判定。曾韶西口如在研究水稻苗期低温障碍时最明显表现是叶 片中叶绿素含量的变化，叶片颜色褪绿，光合速率下降。陈杰中、徐春香b 钔研 究表明，在游离氨基酸中，作用尤为突出的是游离脯氨酸，植物游离脯氨酸的含 量与植物的抗冷性呈正相关。张海燕等b 刚研究指出：无论是抗冷性强的粳稻，还 是抗冷性弱的籼稻，当由常温转入低温后，叶中可溶性蛋白质含量均下降，而以 抗冷性弱的粳稻更甚。何军口6 1 贤等研究表明，低温下可溶性蛋白含量的增加，可 能是由于降解速率下降或合成的加强。施大伟在研究低温对水稻抽穗期剑叶抗 氧化酶的影响中指出，s o d 随着处理时间的延长而升高，p o d 活性逐渐下降，到处 理4 天时低于对照水平，c a t 活性下降，剑叶m d a 活性随着时间延长迅速积累。而 左敏等阳刚研究表明，水稻幼苗s o d 随时间延长而降低，但高于对照水平。 1 1 3 4 水稻不同时期耐冷性的及有关性状的关系 o k ab es 年h t o r i y a m a k 刚研究认为不同生育期的耐冷性之间存在着相关 性：李太贵h 叫等研究发现芽期与苗期、芽期与开花期的耐冷性之间存在着j 下相关， 没有发现其它时期之间的耐冷性存在相关性。幼苗期低温反应与生育中后期的低 温反应有着密切的正相关；姜孝成等h 2 1 研究认为，水稻苗期耐寒性与孕穗期 抗低温能力之间没有必然相关性，但有些品种苗期和孕穗期均表现出较强的抗 低温能力。研究表明，低温发芽力与成熟期耐冷性( o 7 3 2 ”) ，芽期耐冷性与孕 穗期和开花期耐冷性有着密切的相关，幼苗期耐冷性与成熟期耐冷性( 0 3 2 8 ”) ， 在5 6 条件下水稻幼苗期耐冷性与r c l 7 6 幂h r c 2 3 5 有着密切的关系，插秧期耐冷 性与丌花期耐冷性( 0 3 2 6 ”) 有着显著的正相关h 3 1 。低温下幼苗活力与早熟性和 大粒种有着密切相关n 引。利用籼稻和粳稻品种进行各个生育时期耐冷性相关分析 结果，未见明显的规律性h 5 1 ；k a n g