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长江上游国家水稻区试品种耐热性鉴定与评价
Heat-Tolerance Rice Varieties from National Regional Trial in Upper Reaches of Yangtze River: Identification and Evaluation
本研究旨在评估全球气候变暖对水稻生产的影响，并鉴定长江上游地区水稻品种的开花期耐热性。我们对2020—2022年476份国家长江上游水稻品种的开花期进行了大田自然高温和温室高温两种环境下的耐热性测试与评价。结果表明，参试品种整体表现出良好的开花期耐热性，其中分别有67、324、49、30和6份品种被划分为强（1级）、较强（3级）、一般（5级）、较弱（7级）和弱（9级）耐热性类别，占比分别为14.1%、68.1%、10.3%、6.3%和1.3%。通过年份对比发现，耐热性在不同年份的整体表现为：2021年优于2020年，而2020年又优于2022年。从品种类型来看，两系杂交稻的耐热性优于三系杂交稻，而三系杂交稻又优于常规稻。不同试验渠道来源的品种在耐热性上呈现出绿色通道试验优于国家统一试验，国家统一试验又优于联合体试验的趋势。本试验中鉴定出的耐热性强或较强的391份品种，在保证产量、品质及抗病性等其他重要农艺性状的前提下，可在长江上游热害常发区作为耐热品种优先推广种植；对于耐热性一般的49份品种，建议在审定推广时明确适宜种植区域，避免在热害常发区种植。至于耐热性较弱或弱的36份品种，建议在审定时要特别谨慎。
For better reducing the impact of global climate change on rice production, the heat-tolerance of 476 national rice varieties in the upper reaches of the Yangtze River from 2020 to 2022 had been identified and evaluated under both natural field and greenhouse conditions in this study. The results showed that tested varieties had generally good heat-tolerance at flowering stage, with 67, 324, 49, 30 and 6 varieties reaching grade 1, 3, 5, 7 and 9, accounting for 14.1%, 68.1%, 10.3%, 6.3% and 1.3% respectively. The overall heat-tolerance performance of tested varieties in different years was as follows: 2021>2020>2022. The overall heat-tolerance performance of different types of rice varieties showed as follows: two-line hybrid rice>three-line hybrid rice>conventional rice. The overall heat-tolerance performance of varieties from different trial channels showed as follows: green-channel trial>national unified trial>alliance trial. The 391 varieties with stronger or strong heat tolerance identified in this experiment can be preferentially promoted and applied in the heat-damaged frequent areas of the upper reaches of the Yangtze River, on the premise of taking the yield, quality and disease resistance into account. For 49 varieties with general heat tolerance, the planting areas of them should be limited strictly during the approval and promotion to avoid planting in areas with frequent heat damage, and 36 varieties with weak or weaker heat tolerance are recommended to be particularly cautious in the approval.
中稻 / 高温 / 综合耐热系数 / 品种审定 / 种质资源 {{custom_keyword}} /
middle-season rice / high temperature / comprehensive heat-tolerant coefficient / variety approval / germplasm resource {{custom_keyword}} /
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沈永平, 王国亚. IPCC第一工作组第五次评估报告对全球气候变化认知的最新科学要点[J]. 冰川冻土, 2013, 35(5):1068-1076.
2013年9月27日, 在瑞典首都斯德哥尔摩, 联合国政府间气候变化专门委员会第一工作组第五次评估报告《Climate Change 2013: The Physical Science Basis》决策者摘要(Summary for Policymakers, SPM)发布, 随后于9月30日公布了报告全文. 报告指出, 全球气候系统变暖的事实是毋庸置疑的, 自1950年以来, 气候系统观测到的许多变化是过去几十年甚至近千年以来史无前例的. 全球几乎所有地区都经历了升温过程, 变暖体现在地球表面气温和海洋温度的上升、 海平面的上升、 格陵兰和南极冰盖消融和冰川退缩、 极端气候事件频率的增加等方面. 全球地表持续升温, 1880-2012年全球平均温度已升高0.85 ℃[0.65～1.06 ℃]; 过去30 a, 每10 a地表温度的增暖幅度高于1850年以来的任何时期. 在北半球, 1983—2012年可能是最近1 400 a来气温最高的30 a. 特别是1971-2010年间海洋变暖所吸收热量占地球气候系统热能储量的90%以上, 海洋上层(0～700 m)已经变暖. 与此同时, 1979-2012年北极海冰面积每10 a以3.5%～4.1%的速度减少; 自20世纪80年代初以来, 大多数地区多年冻土层的温度已升高. 全球气候变化是由自然影响因素和人为影响因素共同作用形成的, 但对于1950年以来观测到的变化, 人为因素极有可能是显著和主要的影响因素. 目前, 大气中温室气体浓度持续显著上升, CO<sub>2</sub>、 CH<sub>4</sub>和N<sub>2</sub>O等温室气体的浓度已上升到过去800 ka来的最高水平, 人类使用化石燃料和土地利用变化是温室气体浓度上升的主要原因. 在人为影响因素中, 向大气排放CO<sub>2</sub>的长期积累是主要因素, 但非CO<sub>2</sub>温室气体的贡献也十分显著. 控制全球升温的目标与控制温室气体排放的目标有关, 但由此推断的长期排放目标和排放空间数值在科学上存在着很大的不确定性.
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郭建茂, 吴越, 杨沈斌, 等. 典型高温年不同播期一季稻产量差异及其原因分析[J]. 中国农业气象, 2017, 38(2):121-130.
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陶龙兴, 谈惠娟, 王熹, 等. 超级杂交稻国稻6号对开花结实期高温热害的反应[J]. 中国水稻科学, 2007(5):518-524.
以超级杂交稻国稻6号（内2优6号）为材料，于2005-2006年在杭州分期播种，通过不同齐穗期条件下的产量及产量构成因子变异研究，分析开花结实期自然高温对灌浆结实的影响，同时在温室条件下设置可控极值高温（40～42℃）测定热害指数。国稻6号对开花结实期自然高温或设计极值高温的反应明显较对照协优46钝感，两者在小穗育性和热害指数上的差异达显著水平（P<0.05）。试验结果还表明国稻6号随花期日平均温度升高小穗不育率增加，尤其与日最高温度的关系更为密切，两者的相关系数分别为0.8604和0.9850（P<0.05）,表明日最高温度对小穗育性伤害更烈。而灌浆结实期日最高温度对国稻6号结实率的影响不如日平均温度，相关系数分别为0.7352和0.9317（P<0.05）。
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曹云英, 段骅, 杨立年, 等. 抽穗和灌浆早期高温对耐热性不同籼稻品种产量的影响及其生理原因[J]. 作物学报, 2009, 35(3):512-521.
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胡声博, 张玉屏, 朱德峰, 等. 杂交水稻耐热性评价[J]. 中国水稻科学, 2012, 26(6):751-756.
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雷东阳. 开花期高温胁迫对水稻花粉粒性状及结实率的影响[J]. 中国农学通报, 2014, 30(18):35-39.
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郭晓艺, 熊洪, 张林, 等. 杂交水稻恢复系和杂交组合的耐热性评价[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(9):1343-1354.
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高园, 沈升, 刘科, 等. 杂交水稻新品种在自然高温下的耐热性评价[J]. 杂交水稻, 2019, 34(6):68-74.
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刘业涛, 穆麒麟, 王毅, 等. 从非洲水稻材料中筛选耐高温种质资源[J]. 中国农学通报, 2019, 35(12):8-12.
为了更好的开展抗热水稻育种工作，本研究试图从非洲地区收集的水稻种质资源中筛选耐热资源。采用最新建立的梯级温度法对来自非洲各地区的6 个水稻品种进行花期高温处理，通过不同温度下的受精率，计算耐热指数和耐热综合指数，以耐热综合指数判定材料的耐热性。结果表明，品种‘SDWG005’在不同温度下的耐热指数皆大于0.9，耐热综合指数为6.462，表现出极强的耐热性；品种‘SDWG001’在不同温度下的耐热指数大于0.5，耐热综合指数为4.163，表现出强耐热性；品种‘SDBN001’与品种‘SDSL013’在37℃下的耐热指数小于0.5，其他温度下耐热指数大于0.6，耐热综合指数分别为3.694 与3.406，表现出较耐热性。筛选得到了一个极强耐高温品种‘SDWG005’，2 个强耐高温品种‘SDWG001’与‘SDBN001’，试验显示来源于非洲的水稻中可能潜藏有宝贵的可用于育种的耐热资源和基因。
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王慧, 张从合, 严志, 等. 荃两优系列杂交稻品种耐热性与稻米品质的相关性研究[J]. 中国稻米, 2022, 28(4):79-83.
以优质水稻不育系荃211S为母本选育的13个荃两优系列杂交水稻品种为试验材料,利用智能温室进行高温胁迫处理,分析品种的耐热性和高温胁迫对稻米加工品质、外观品质和蒸煮食味品质的影响,以及品种耐热性与其主要品质性状的相关性。结果表明,荃两优系列杂交稻品种耐热性水平整体较强,其耐热系数与经过高温胁迫后品种的整精米率、碱消值呈极显著正相关,与胶稠度呈显著正相关,与垩白度呈极显著负相关;经过高温胁迫后,品种的整精米率、碱消值、胶稠度和直链淀粉含量普遍降低,垩白度普遍增加;耐热性强的水稻品种经过高温胁迫处理后,其整精米率、垩白度、直链淀粉含量、碱消值和胶稠度等主要米质指标的变幅小于高温相对敏感的品种。本研究为选育耐高温优质水稻品种奠定基础。
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焦颖瑞, 李玲依, 杨仕会, 等. 长江上游水稻耐热性鉴定模型的构建与应用[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2022, 44(11):39-50.
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肖本泽, 赵爽, 龚耀, 等. 水稻分蘖田间耐热性鉴定方法[J]. 华中农业大学学报, 2011, 30(5):539-544.
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蔡恒奇, 封佳彤, 宋超新, 等. 近年来湖北省区试中稻品种耐热性鉴定与利用评价[J]. 植物遗传资源学报, 2021, 22(6):1559-1566.
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肖本泽, 南波, 张方玉. 长江中下游流域水稻试验品种的耐热性鉴定[J]. 中国稻米, 2022, 28(6):21-26.
高温热害已成为影响我国特别是长江流域水稻生长发育及高产稳产的主要限制因素之一。本研究利用大田自然高温、温室高温两种环境对2018—2020年的1 379份水稻材料的开花期耐热性进行了鉴定和评价，系统分析了不同年份间、不同品种类型间、不同来源渠道品种间耐热性情况。结果表明，供试材料中耐热性达到1、3、5、7、9级的品种比例分别为11.96%、66.78%、18.06%、2.76%和0.44%，且耐热品种呈逐年增多的趋势；两系杂交稻、三系杂交稻、常规稻中开花期耐热性达到强至较强（1级和3级）的品种占比分别为82.57%、73.45%和60.00%，不同类型品种的耐热性表现为两系杂交稻>三系杂交稻>常规稻；国家（省）区试、绿色通道、联合体渠道来源的品种的开花期耐热性整体表现相似。本试验综合利用大田自然高温、温室高温两种环境建立了一套水稻开花期耐热性鉴定规程和评价方法，可以对供试材料在不同年份、不同环境、不同程度热胁迫下的耐热性做出相对一致、客观的评价。
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马志强, 张延秋. 我国品种审定制度改革回眸[J]. 中国种业, 2020, 305(8):1-4.
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陈钢, 孟军建, 闫余望. 种业改革新形势下,如何认识“品种井喷”[J]. 中国种业, 2020, 307(10):8-10.
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罗明智, 白雪, 李标. 种业振兴背景下农作物品种审定制度改革研究[J]. 经济纵横, 2021, 433(12):115-122.
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曹立勇, 赵建根, 占小登, 等. 水稻耐热性的QTL定位及耐热性与光合速率的相关性[J]. 中国水稻科学, 2003, 17:223-227.
应用典型的籼粳交组合IR64×Azucena花药培养的DH群体及其已构建的分子连锁图谱，在田间及温室高温条件下对该DH群体的结实性状进行考查，采用QTLmapper 1.0软件检测控制结实率的加性和上位性效应的QTL。在第1、3、4、8和11等5条染色体上，共检测到6个具有加性效应的QTL，其中位于第1、3染色体的2个加性效应QTL来自父本Azucena的等位基因，它们是耐热的QTL，能分别提高结实率9.50和6.46个百分点，其贡献率分别为19.15%和2.86%；位于其余3条染色体的4个加性效应的QTL来自母本IR64的等位基因，它能提高结实率4.33~10.37个百分点，在第1、2、3、4、5、7、8、11等8条染色体之间还检测到8对加性×加性上位性效应，其贡献率为2.27%~8.13%。同时还对水稻分蘖盛期和抽穗期进行了光合速率的测定，发现抽穗期剑叶光合速率与耐热性呈显著的正相关。
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赵志刚, 江玲, 肖应辉, 等. 水稻孕穗期耐热性QTLs分析[J]. 作物学报, 2006, 32:640-644.
水稻籼粳亚种间杂种优势利用是提高水稻产量的重要途径。然而，异常高温或低温导致籼粳亚种间杂种育性下降是影响其优势利用的主要因素之一。本研究以USSR5（粳稻）/广解9号（籼稻）//USSR5回交群体为供试材料，构建了相应的分子连锁图谱，分别以高温处理下直接小穗育性及小穗育性热敏感指数为指标，对水稻孕穗期高温耐热性及其相对耐热性进行数量性状位点（QTLs）分析。结果表明，在第2、4和5染色体上检测到孕穗期耐热性相关的QTL各一个，对表型变异的解释率为6.4%~15.8%；在第4、8染色体上分别检测到与孕穗期相对耐热性相关的QTL，qhts-4和qhts-8，LOD值分别为3.81和2.86，对表型变异的解释率分别为16.8%和9.9%。对其进一步的上位性分析表明，有8条染色体的4对位点存在基因间互作，小穗育性耐热性除受主效QTL控制外，还受基因间互作及修饰基因的影响。
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陈庆全, 余四斌, 李春海, 等. 水稻抽穗开花期耐热性QTL的定位分析[J]. 中国农业科学, 2008, 41:315-321.
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盘毅, 罗丽华, 邓化冰, 等. 水稻开花期高温胁迫下的花粉育性QTL定位[J]. 中国水稻科学, 2011, 25:99-102.
以耐热水稻品系996和热敏感品系4628为亲本构建的重组自交系为材料，采用水稻开花期高温胁迫下的花粉育性为指标，对水稻耐热性进行了QTL分析。采用复合区间作图法检测到2个花粉育性耐热性QTL，暂命名为qPF4和qPF6。qPF4位于第4染色体上的RM5687―RM471区间，LOD值为7.54，对高温胁迫下花粉育性的表型解释率为15.1%，来自耐热亲本996的等位基因使高温下花粉可育率提高7.15%。qPF6位于第6染色体上的RM190―RM225标记区间，LOD值为4.43，对高温胁迫下花粉育性的表型解释率为9.31%，能使高温下花粉可育率提高5.25%，加性效应亦来自耐热亲本996的等位基因。定位到的2个耐热QTL为进一步精细定位以及通过分子标记辅助选择培育耐热水稻新品种奠定了基础。
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Global warming threatens crop production. G proteins mediate plant responses to multiple abiotic stresses. Here we identified a natural quantitative trait locus, TT2 (THEROMOTOLERANCE 2), encoding a Gγ subunit, that confers thermotolerance in rice during both vegetative and reproductive growth without a yield penalty. A natural allele with loss of TT2 function was associated with greater retention of wax at high temperatures and increased thermotolerance. Mechanistically, we found that a transcription factor, SCT1 (Sensing Ca Transcription factor 1), functions to decode Ca through Ca-enhanced interaction with calmodulin and acts as a negative regulator of its target genes (for example, Wax Synthesis Regulatory 2 (OsWR2)). The calmodulin-SCT1 interaction was attenuated by reduced heat-triggered Ca caused by disrupted TT2, thus explaining the observed heat-induced changes in wax content. Beyond establishing a bridge linking G protein, Ca sensing and wax metabolism, our study illustrates innovative approaches for developing potentially yield-penalty-free thermotolerant crop varieties.© 2021. The Author(s), under exclusive licence to Springer Nature Limited.
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How the plasma membrane senses external heat-stress signals to communicate with chloroplasts to orchestrate thermotolerance remains elusive. We identified a quantitative trait locus, (), consisting of two genes, and, that interact together to enhance rice thermotolerance and reduce grain-yield losses caused by heat stress. Upon heat stress, plasma membrane-localized E3 ligase TT3.1 translocates to the endosomes, on which TT3.1 ubiquitinates chloroplast precursor protein TT3.2 for vacuolar degradation, implying that TT3.1 might serve as a potential thermosensor. Lesser accumulated, mature TT3.2 proteins in chloroplasts are essential for protecting thylakoids from heat stress. Our findings not only reveal a genetic module at one locus that transduces heat signals from plasma membrane to chloroplasts but also provide the strategy for breeding highly thermotolerant crops.
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