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杂交稻组合节水抗旱性鉴定评价综合指标构建.pdf
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1、农学学报2023,13(8):1-10Journal ofAgriculture杂交稻组合节水抗旱性鉴定评价综合指标构建康海岐1,孙小文2,王士梅3,何 芳4,曾永旋6,覃蓉敏6,韩友学4,康家荣1,曾 琳6,张 鸿5(1海南大学热带农林学院,海口 570228;2中国种子集团有限公司,北京 100031;3安徽省农业科学院水稻研究所,合肥230031;4四川省种子站,成都 610041;5四川省农业科学院,成都 610066;6中致顺冠农业集团有限公司,南宁 530000)摘 要:为了简化杂交稻组合节水抗旱性的综合评价技术体系从而便于育种应用,以6个杂交稻组合进行梯度量化控水试验,通过观察记
2、载和常规考种获得了产量等相关农艺性状数据。利用产量及其结构性状、播抽天数和收获指数等5个初级性状指标,在基于各性状抗旱指数作图和面积算法的基础上,构建了5个多梯度多性状复合抗旱指标:产量及其结构指标(Y-PFK)、产量与抽穗延迟效应指标(Y-HDD)、产量与收获指数指标(Y-HI)、节水抗旱性综合指标1(CI1)和综合指标2(CI2),对各试验组合的5个指标进行计算和作图分析,结果表明指标CI1、CI2、Y-PFK对试验组合的节水抗旱性综合评价效果好,且与田间实际经验观察结果一致;对6个试验组合的节水抗旱性综合评价排序为:旱两优8号 (雅优旱禾 旱优737)(旱优73 荃优116 荃9优86)
3、。研究结果证明,本研究构建的多梯度多性状复合抗旱指标Y-PFK、CI1、CI2适用于水稻节水抗旱性的综合评价,是利用常规考种数据对杂交稻组合节水抗旱性综合评价和排序的简化指标,可以在节水抗旱稻育种上进行应用。关键词:杂交稻;节水抗旱性;鉴定评价;复合指标;节水抗旱稻中图分类号:S511文献标志码:A论文编号:cjas2021-0223Study on the Construction of a Comprehensive Index Identification and Evaluation ofWater Saving and Drought Resistance of Hybrid Ric
4、e CombinationsKANG Haiqi1,SUN Xiaowen2,WANG Shimei3,HE Fang4,ZENGYongxuan6,QIN Rongmin6,HAN Youxue4,KANG Jiarong1,ZENG Lin6,ZHANG Hong5(1College of Tropical Agriculture and Forestry,Hainan University,Haikou 570228,Hainan,China;2China National Seed Group Co.,Ltd.,Beijing 100031,China;3Rice Research I
5、nstitute,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Hefei 230031,Anhui,China;4Sichuan Provincial Seed Station,Chengdu 610041,Sichuan,China;5Sichuan Academy of Agricultural Sciences,Chengdu 610066,Sichuan,China;6Zhongzhi Shunguan Agricultural Group Co.,Ltd,Nanning 530000,Guangxi,China)Abstract:A gradient
6、 quantitative water control experiment was conducted with six hybrid rice combinations tosimplify the technical system of the comprehensive evaluation of water conservation and drought resistance ofhybrid rice combinations and their application in breeding.Observation records and traditional seed te
7、stingmethods were employed to obtain yield data and other agronomic parameters.Based on the mapping and areaalgorithm of drought resistance index of each trait,five composite indexes of drought resistance involving multi基金项目:广西重大科技创新基地开放课题“水稻抗旱性定量标识品种与广西优质杂交稻抗旱性研究”(2018-15-Z06-KF16);四川省农业科学院前沿学科研究基金
8、“稻米回生性相关位点OsRTG候选基因的编辑研究”(2019QYXK017);四川省育种攻关项目“引领性水稻育种材料与方法创新及新品种选育”(2021YFYZ0016);现代农业学科建设推进工程“镉低积累抗倒伏优质水稻种质创新与新品种选育”(2021XKJS001);安徽省农科院创新团队项目“抗旱水稻新品种选育与应用”(2021LY004);安徽省基金项目“应用染色体片段代换系群体剖析水稻抗旱性遗传生理机制”(1908085MC93)。第一作者简介:康海岐,男,1972年出生,陕西岐山人,副研究员,博士,主要从事水稻遗传育种研究。通信地址:570228 海南省海口市美兰区人民大道58号 海南大
9、学热带农林学院,E-mail:。通信作者:张鸿,男,1970年出生,四川南江人,研究员,博士,主要从事水稻抗旱性研究。通信地址:610066 四川省成都市锦江区狮子山路4号 四川省农业科学院,E-mail:。收稿日期:2022-03-30,修回日期:2022-06-15。0 引言中国具有悠久的旱稻(陆稻)种植历史,最早可追溯到尧舜时代,齐民要术 对旱稻栽培技术亦有记载。旱稻主要分布在夏季雨水稳定但缺乏灌溉条件的旱地和山坡地,或易旱易涝的望天田、高榜田和丘陵地,以及春旱而夏秋易涝的低洼地等,产量明显低于水稻,一般7501500 kg/hm2。目前广西、云南、贵州等省山区和半山区及河南、河北等干旱
10、少雨地区仍有种植。随着灌溉条件改善和水稻高产品种推广,旱稻逐渐减少。近年来,由于气候变化和水资源危机、区域性季节性干旱洪涝灾害频繁发生等问题,以及适应稻作生产方式变革的直播稻快速发展要求,节水抗旱稻在稻作生产中逐渐受到人们的重视。节水抗旱稻源于旱稻,是一种比普通水稻生产用水节约50%以上、能适应水旱2种生产环境的栽培稻类型,由于其在缓解水资源危机、扩大水稻种植范围、减少温室气体排放和农业面源污染以及保障粮食安全等方面具有良好的应用前景1,节水抗旱稻育种成为水稻育种领域的一个重要方向。目前节水抗旱稻已经在安徽、湖北、江西、湖南、河南等主要水稻产区获得大面积示范推广,在浙江、江苏、福建、广西、海南
11、、四川、贵州等地也有良好的示范推广效果,此外在越南、缅甸、巴基斯坦、老挝和非洲的乌干达、加纳、马达加斯加等地已经展开了实质性的推广工作2。节水抗旱稻的节水抗旱特性包括节水性和抗旱性,其鉴定需综合体现这两方面。水分利用效率是节水能力的主要鉴定指标,而抗旱性则较为复杂,鉴定方法指标较多。目前报道的水稻抗旱性鉴定方法主要有直接比较法3、抗旱性分级评价法4、总抗旱性评价法和数学分析法5-6等,鉴定指标主要分为产量指标、形态指标和生理生化指标等类型7,提出抗旱系数、敏感指数、干旱伤害指数、抗旱指数、隶属函数值、综合抗旱D值3,8等概念。对于节水抗旱稻,目前尚无理想的方法指标能够对节水抗旱性进行直接鉴定,
12、对节水抗旱稻品种也难以采用具体的量化指标进行评价比较。笔者从水分定量出发,以产量作为抗旱性评价的主要初级性状,同时考虑水分利用效率的协同变化,设计了宽水分生态幅度下的梯度量化控水试验,对杂交稻组合的节水抗旱特性进行研究,提出了杂交稻组合节水抗旱特性的定量评价体系。为了使该方法指标体系能够广泛应用,笔者从节水抗旱稻育种实际出发,基于普通考种数据,对杂交稻组合节水抗旱性的综合评价技术体系进行简化,以期为节水抗旱稻育种和品种审定提供简便易行的鉴定技术指标。1 材料与方法1.1 供试材料和试验平台试验选择了6个杂交稻组合,包括安徽省农业科学院水稻研究所选育的 旱两优8号,四川省农业科学院作物研究所选育
13、的 雅优旱禾、荃优116、荃9优86,上海市农业生物基因中心选育的 旱优737、旱优73。节水抗旱性鉴定试验平台始建于2020年4月,位gradient and multi traits were constructed by using five primary trait indexes,including yield and its componenttraits,sowing to heading days and harvest index.The five composite indexes were Y-PFK(the index of yieldand its componen
14、t),Y-HDD(the index of yield and the delayed effect of heading date),Y-HI(the index of yieldand harvest index),CI1(the comprehensive index 1)and CI2(the comprehensive index 2).Each combinationsfive composite indexes were computed,and their mapping was analyzed.The results have shown that CI1,CI2,Y-PF
15、K positively impacted the tested combinations comprehensive evaluation of water conservation anddrought resistance and were consistent with the actual field experience observation.The comprehensiveevaluation of water conservation and drought resistance of the six hybrid rice combinations were as fol
16、lows:Hanliangyou 8 (Yayou Hanhe Hanyou 737)(Hanyou 73 Quanyou 116 Quan 9you 86).The research findings demonstrate that the multi-gradient and multi-traits composite indexes of droughtresistance,Y-PFK,CI1 and CI2,are appropriate for comprehensively evaluating rice s water conservation anddrought resi
17、stance.These are simplified indicators for the comprehensive assessment and sequencing of waterconservation and drought resistance of hybrid rice combinations by only using conventional seed testing data.These composite indexes can be applied to rice breeding for water conservation and drought resis
18、tance.Keywords:hybrid rice;water saving and drought resistance;identification and evaluation;comprehensiveindex;water saving and drought resistant rice康海岐等:杂交稻组合节水抗旱性鉴定评价综合指标构建 2于四川省农业科学院现代农业科技创新示范园抗旱试验 大 棚 内,地 理 位 置 为:东 经 104.211000,北 纬30.784942,海拔471 m。目前平台容量为200个试验单元,每单元重量有效量程最大值12 kg,重量精确度0.001
19、kg。平台配备自动灌溉系统,采用电脑程序化管理,可以手动或自动模式定期对每单元进行称重和加水处理,并自动记录过程数据。1.2 试验设计和处理采用盆栽试验进行,以田间持水量作为土壤水分含量梯度划分依据,利用称重法量化控制盆栽土壤含水量。共设计了100%、80%、60%和40%田间持水量(简称FMC),即梯度、梯度、梯度、梯度4种水分梯度处理水平。盆栽初始装土时,使用均匀一致的钢化塑料桶(直径 26 cm,深 31 cm)装干土 5.5 kg 待用。采用水稻常规方法育秧,4月15日将试验材料播种于秧田,5月23日移栽至自主研发建设的节水抗旱性鉴定试验平台单元中,每个单元上有1个钢化塑料盆,每处理水
20、平每试验组合各栽6盆,每盆3株,呈三角形栽培,置于人工搭建的防雨大棚内。当天每盆加水至10.0 kg,返青后开始梯度量化控水处理,定期以电子天平(精确度0.001 kg)逐盆称重,分别使4种处理保持在设定的FMC水平上,低于这个标准时加水补足,直至成熟收获。按大田管理防治病虫害。1.3 性状测定与分析方法结合考种对播种期、移栽期、抽穗期、成熟期、全生育期天数、株高、穗长、单株有效穗数、穗平着粒数、穗平实粒数、结实率、千粒重、单株籽粒产量、单株生物产量等性状数据进行了详细观测记录。采用EXCEL和DPS8.0等软件对产量及其结构性状等数据进行统计分析,对不同参试品种的单株生物学产量(BYP)、单
21、株籽粒产量(GYP)、单株有效穗数(PPP)、每穗总粒数(SP)、每穗实粒数(FGP)、千粒重(KGW)、播抽天数(HD)等性状进行分析。根据已有研究经验,对抗旱指数(DI)、复合抗旱指标等进行了计算,抗旱指数定义见公式(1)。DI=XCKXCKXCKXCKXdXCKXdXd0(干旱胁迫处理且性状值全为0)(1)上述定义中,在对照水平上,Xck为各品种的对照性状值,XCK为其对照性状平均值;在干旱胁迫处理且性状值不全为0的情况下,Xd为各品种胁迫处理性状值,Xd为其胁迫处理性状平均值;在干旱胁迫处理且性状全为0的情况下,定义DI值为0。进一步以梯度量化控水条件下的产量构成性状和播抽天数及收获指
22、数的DI值作图,计算图中各DI点与横轴构成的封闭图形面积(TAUC),视为各品种在梯度量化控水条件下产量等性状对土壤水分条件变化响应的总效应,以Xij代替DI值,、分别表示4个处理梯度,第i个品种的第j个性状的TAUCij计算见公式(2)。TAUCij=1/20.2(Xij+2Xij+2Xij+Xij)=0.1(1+2Xij+2Xij+Xij)(2)在此基础上,计算各性状TAUC值的5个多梯度多性状复合抗旱指标产量及其结构指标(Y-PFK)、产量与抽穗延迟(Heading Date Delay)效应指标(Y-HDD)、产量与收获指数指标(Y-HI)、综合指标1(CI1)、综合指标2(CI2),
23、计算公式分别为公式(3)(7)。Y-PFK=LogTAUCi,PPPTAUCi,FGPTAUCi,KGWTAUCi,GYP(3)Y-HDD=LogTAUCi,HDDTAUCi,GYP(4)Y-HI=LogTAUCi,HITAUCi,GYP(5)CI1=LogTAUCi,PPPTAUCi,FGPTAUCi,KGWTAUCi,GYPLogTAUCi,HDDTAUCi,GYPLogTAUCi,HITAUCi,GYP(6)CI2=10LogTAUCi,HDDTAUCi,GYPLogTAUCi,HITAUCi,GYPLogTAUCi,PPPTAUCi,FGPTAUCi,KGWTAUCi,GYP(7)对所
24、计算评价指标进行欧氏距离、离差平方和法聚类分析,结合上述指标作图,综合比较参试品种的抗旱性和排序。2 结果与分析2.1 不同水分处理下的农艺性状变化6个组合7个性状在4种水分处理条件下的表现情况如表1,其中性状变化最明显的是每穗总粒数和每穗实粒数,其变幅分别在44.9151.7和3.4115.1之间;其次为单株籽粒产量、播抽天数、收获指数、单株有效穗数,变幅分别在0.119.6、95.7124.3 d、0.010.63、1.09.3之间;千粒重在5.126.6 g之间,也有一定幅度的变化。可以看出梯度量化控水处理对这7个性状产生了明显的影响,各性状随着土壤水分含量的变化而做出了不同的响应变化。
25、2.2 多梯度水分处理对产量等性状的影响6个试验组合在4种梯度处理下的6个主要性状 3表现具有一定的差异性。方差分析表明,不同处理水平对6个主要性状产生了极显著的影响,这些性状对水分处理均有极显著的响应。在表2中,梯度和IV下的单株籽粒产量仅3.6 g和1.4 g,极显著低于梯度和下的16.0 g和13.6 g。对应的产量构成因素中,梯度、下的单株有效穗数在6.17.4之间,无极显著差异,但梯度处理下的平均单株有效穗数仅2.9个,极显著低于其他处理;梯度和处理下的每穗实粒数虽无极显著差异,但梯度、梯度IV处理将每穗实粒数极显著地降低至32.7粒和15.4粒;梯度的轻度干旱处理并没显著降低梯度下
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