曾曉珊，湯國華，謝紅軍，朱明東，敖和軍，陳博,，李方婷,，郝明，肖燕，符慧榮，張健，余應(yīng)弘

耐遲收水稻品種的篩選及其在淹水降鎘中的應(yīng)用

1湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所/農(nóng)業(yè)部長江中下游秈稻遺傳育種重點實驗室，長沙 410125；2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，長沙 410128；3懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南懷化 418099；4中國水稻研究所/水稻生物學(xué)國家重點實驗室，杭州 311400

【】隨著水稻生產(chǎn)模式機(jī)械化、規(guī)?；潭鹊募由睿?、晚稻在成熟后，常因天氣、收割機(jī)械配置、曬場矛盾等引起的不能及時收割問題日益突顯，由此造成的產(chǎn)量損失及米質(zhì)下降也逐漸得到生產(chǎn)者的重視。稻米中鎘的積累及其轉(zhuǎn)移至食物鏈所引起的食品安全問題已成為育種家、生產(chǎn)者的首要關(guān)注問題。淹水灌溉可有效降低稻米中鎘的含量。推廣種植生育期內(nèi)能耐受持續(xù)淹水灌溉的耐遲收（post-maturation sustainability，PMS）水稻品種，可同時解決稻米鎘低積累、延時機(jī)收的問題。建立科學(xué)有效的水稻PMS性狀評價體系，并應(yīng)用該體系開展PMS水稻品種的篩選，為緩解水稻生產(chǎn)上延時收割后產(chǎn)量安全、稻米鎘積累安全等生產(chǎn)問題奠定基礎(chǔ)。2018年，在孕穗-黃熟期淹水灌溉條件下，對來自全國的244個品種成熟后植株的倒伏、種子休眠、籽粒落粒等性狀進(jìn)行調(diào)查，通過田間觀察、數(shù)據(jù)調(diào)查，結(jié)合顯著性分析，對PMS性狀鑒定時間及鑒定值進(jìn)行鑒定，并對延遲收獲后的稻谷碾磨品質(zhì)、稻米外觀品質(zhì)及糊化溫度、膠稠度、直鏈淀粉含量進(jìn)行檢測。2019年，利用PMS性狀鑒定時間及鑒定值，對湖南省推廣種植的132個水稻品種進(jìn)行評價，篩選PMS水稻品種。通過設(shè)計孕穗-黃熟期干-濕交替水分管理對照，進(jìn)行千粒重比較；應(yīng)用PMS水稻品種開展千畝示范，進(jìn)行產(chǎn)量及降鎘效果檢測。PMS性狀評價體系具體為：倒伏的調(diào)查時間為成熟后第14天，鑒定值為稻稈與垂直傾斜角度小于45°；落粒性的調(diào)查時間為成熟后第7天，鑒定值為小于5.0%；穗發(fā)芽率調(diào)查時間為成熟后第0天，鑒定值為小于10.0%。2018—2019年共篩選到21個PMS水稻品種。淹水灌溉與干-濕交替灌溉處理間的千粒重差異不顯著；千畝示范田中，處理間產(chǎn)量無明顯差異；移栽后在孕穗-黃熟期進(jìn)行淹水管理，稻米鎘含量均低于0.20 mg·kg-1，并顯著低于干-濕交替灌溉管理。根據(jù)PMS性狀評價體系，篩選獲得的PMS水稻品種可經(jīng)受長期淹水灌溉，成熟后延遲收獲時間對產(chǎn)量、米質(zhì)無明顯影響。應(yīng)用PMS水稻品種，在孕穗-黃熟期結(jié)合淹水灌溉，可實現(xiàn)鎘中、輕度污染稻田安全生產(chǎn)。

水稻；耐遲收；淹水灌溉；安全生產(chǎn)

0 引言

【研究意義】在水稻生產(chǎn)中，土壤鎘（Cd）污染引起的稻米鎘超標(biāo)準(zhǔn)積累，以及水稻在成熟后因天氣、收割機(jī)械配置、曬場矛盾等引起的不能及時收割等問題威脅著中國口糧安全生產(chǎn)[1-2]。近年來，隨著VIP（low Cd-accumulating rice variety，V；flooding，I；soil pH adjustment，P）技術(shù)[3]的應(yīng)用推廣，人們認(rèn)識到持續(xù)淹水灌溉是實現(xiàn)水稻降鎘安全生產(chǎn)的有效措施[4-5]。在持續(xù)淹水灌溉條件下，通過建立科學(xué)、有效的耐遲收（post-maturation sustainability，PMS）水稻品種鑒定評價體系，篩選并在鎘中輕度污染稻田推廣種植PMS水稻品種，對中國糧食生產(chǎn)具有重要的科學(xué)和產(chǎn)業(yè)價值。【前人研究進(jìn)展】稻米中積累的鎘轉(zhuǎn)移至食物鏈后，會對人體、骨骼、呼吸系統(tǒng)造成危害[6-7]。自20世紀(jì)中期起，科學(xué)家通過多種途徑來降低稻米中鎘的積累，以實現(xiàn)稻米的安全生產(chǎn)[4,8]。但在全球土壤鎘濃度平均值為0.36 mg·kg-1的背景下，減少人為采礦、大氣中燃燒排放物的沉積以及含鎘肥料的使用等措施能顯著降低進(jìn)入土壤中鎘的總量[1,9-11]，卻不能有效降低稻米中鎘的積累。諸多研究結(jié)果表明，稻米鎘含量的有效降低可通過淹水灌溉等措施實現(xiàn)[4,8]：淹水灌溉的水稻土中可交換態(tài)Cd含量較低，晶形氧化鐵對Cd專性吸附并生成不溶性化合物，CdS、碳酸鈣對Cd的吸持，土壤pH升高進(jìn)而增強(qiáng)有機(jī)質(zhì)上官能團(tuán)對Cd的吸附等因素，使得進(jìn)入水稻體內(nèi)的Cd總量降低[6-7,12-14]。淹水處理對鎘吸收累積的抑制效果與淹水灌溉時間呈正相關(guān)：分蘗盛期開始淹水3個星期處理較灌漿期開始淹水3個星期，糙米鎘含量可降低56.0%（＜0.05）；全程淹水處理的糙米鎘含量最低[12,15]。但是，生產(chǎn)上全程淹水栽培引起的不能及時進(jìn)行機(jī)械收割等問題，限制了“淹水降鎘”技術(shù)的推廣。適時延長收獲時間，推廣種植成熟后表現(xiàn)良好、能延時機(jī)收的水稻品種可有效解決這一問題?！颈狙芯壳腥朦c】迄今為止，水稻成熟后的最遲延收時間未有公開報道。通過PMS水稻品種的鑒定與應(yīng)用，來實現(xiàn)鎘污染稻田的安全生產(chǎn)，國內(nèi)外亦尚無相關(guān)報道。根據(jù)前人研究結(jié)果，可通過水稻成熟后，谷粒穗萌及碾磨、外觀和營養(yǎng)品質(zhì)等參數(shù)的變化[16-18]來確定最遲延收時間。同時，隨著現(xiàn)代水稻生產(chǎn)機(jī)械化程度加深，延收后水稻莖稈倒伏、落粒性與機(jī)收方式的決策也密切相關(guān)[19-21]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在孕穗-黃熟期淹水灌溉條件下，對大樣本水稻品種成熟后進(jìn)行分期調(diào)查、分析，對PMS植株倒伏性、種子休眠性、籽粒落粒性進(jìn)行合理鑒定，確定最遲延收時間，建立水稻PMS性狀評價體系，篩選PMS水稻品種。對不同延期收獲的稻谷米質(zhì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析檢測，評價延遲收獲對稻谷品質(zhì)的影響；對篩選到的PMS品種進(jìn)行大田試驗示范，驗證PMS水稻品種在鎘中輕度污染稻田淹水種植降鎘的效果。

1 材料與方法

1.1 試驗品種

2018年從全國的“雙新”參展品種中選擇適合湖南省種植的244個品種，2019年從湖南省的相關(guān)單位征集推廣面積超過3.4萬hm2的132個品種。按生育期分成4個熟組，即中稻遲熟組、一季晚稻組、晚稻遲熟組、晚稻中熟組。2018年分別于5月22日、5月28日、6月7日、6月12日播種，2019年分別于5月18日、5月28日、6月12日、6月18日播種。

1.2 試驗地點

2018年的試驗地點為湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高橋基地，土壤pH為5.46，總鎘含量為0.17—0.39 mg·kg-1。2019年湖南省湘陰縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗基地，土壤pH為5.89，總鎘含量為0.83—0.91 mg·kg-1。

1.3 試驗設(shè)計

2018年，采用孕穗-黃熟期淹水灌溉，田面保持水層5—10 cm。4個熟組按隨機(jī)區(qū)組排列，熟組內(nèi)品種間隨機(jī)排列，3次重復(fù)；2019年，設(shè)2種水分管理，在孕穗-黃熟期采用淹水處理，以干-濕交替水分管理（自然落干后再灌溉）為對照，3次重復(fù)。

移栽前做好田埂并覆膜。劃行移栽，移栽規(guī)格均為20 cm×20 cm，小區(qū)間留走道40 cm，每個品種插10穴×10穴?；蕪?fù)合肥（N﹕P2O5﹕K2O=15﹕15﹕15）180 kg·hm-2、含磷15%鈣鎂磷肥480 kg·hm-2；分蘗期施尿素150 kg·hm-2、氯化鉀120 kg·hm-2；幼穗分化期施復(fù)合肥（N﹕P2O5﹕K2O=15﹕15﹕15）120 kg·hm-2、尿素75 kg·hm-2、氯化鉀120 kg·hm-2；抽穗揚(yáng)花期施尿素30 kg·hm-2、氯化鉀75 kg·hm-2。

1.4 樣品采集

每個品種90%以上籽粒成熟時記為成熟期，分別于成熟后第0、7、14和21天，除去四周3行后，隨機(jī)選取10株（穴）主莖的稻穗進(jìn)行相關(guān)性狀調(diào)查。

1.5 性狀調(diào)查與樣品檢測

倒伏性：在非邊行，選取莖稈與地面垂直線偏離最大的10株（穴），利用角度尺測量角度。2次重復(fù)，計算平均值。

落粒性：主穗自稻稈上摘下后，置于1.5 m高處，自然墜落于墊有5 mm厚鐵板上，連續(xù)操作3次。計算落粒數(shù)占總粒數(shù)（包括實粒數(shù)、空癟粒數(shù)和落粒數(shù)）的百分比；共調(diào)查10個主穗，計算平均值。

休眠性：主穗自稻稈上摘下后，卷紙保濕于30℃恒溫箱中發(fā)芽，4 d后調(diào)查發(fā)芽數(shù)占總粒數(shù)的百分比；共調(diào)查10個主穗，計算平均值。

米質(zhì)檢測：淹水處理中，對成熟后第21天不倒伏的品種，根據(jù)《NYT83-2017米質(zhì)測定方法》，檢測稻谷碾磨品質(zhì)、稻米外觀品質(zhì)及糊化溫度、膠稠度、直鏈淀粉含量、粗蛋白質(zhì)含量。

稻米鎘含量檢測：利用鋼研鈉克NX-100F型食品重金屬檢測儀進(jìn)行檢測糙米鎘含量。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2016、SAS9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和顯著性分析。

2 結(jié)果

2.1 田間倒伏

2018年，根據(jù)《GB/T 19557.7-2004植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南水稻》倒伏的分級標(biāo)準(zhǔn)，在成熟期后不同收獲時期調(diào)查244個品種倒伏情況，不同級別范圍內(nèi)水稻品種頻率如圖1所示：成熟后，隨收獲時間延長，倒伏角度增大的品種數(shù)逐漸增多；在成熟后第14天，倒伏角度為小于45°、45°—60°、大于60°的品種數(shù)分別為102、133和9個，品種頻率分別為41.80%、54.51%和3.69%，呈正態(tài)分布。成熟后第14天，13.93%供試品種的稻穗出現(xiàn)枯斷現(xiàn)象，且隨收獲期延長不斷增多；至成熟后第21天，31.97%供試品種的莖稈能持續(xù)保持稈青籽黃。根據(jù)田間觀察結(jié)果，倒伏角度為45°—60°稻稈的群體散開或披散，稻穗與稻稈易重疊在一起；而倒伏角度大于60°稻稈的穗部均已觸地。生產(chǎn)上，對倒伏小于45°的稻稈，可根據(jù)角度，因地制宜地采取順割、逆割、側(cè)割[22-23]等不同水稻機(jī)收方式；而45°—60°的稻稈，因稻穗與稻稈重疊，易加重病蟲害發(fā)生且不利于機(jī)械收割時分禾處理，造成產(chǎn)量損失與成本增加；大于60°或倒伏嚴(yán)重的稻稈則不能強(qiáng)行作業(yè)，宜采取人工采收的方式[23]。因此，將倒伏性狀的鑒定值確定為小于45°，調(diào)查時間確定為成熟后第14天。

圖1 成熟后不同收獲時間不同倒伏角度品種頻率

2.2 落粒性調(diào)查

自成熟期到成熟后第21天，未發(fā)現(xiàn)有極端落粒性強(qiáng)的品種。落粒性檢測結(jié)果表明，不同熟組的落粒率隨收獲期延長變化并不一致（表1），中稻遲熟組的落粒率隨收獲期延長遞增，成熟后第14天顯著高于第0天；一季晚稻、晚稻遲熟、晚稻中熟組的落粒率隨收獲期延長則先增后降，顯著高于成熟第0天的時間分別出現(xiàn)在成熟后第7、14和7天；成熟后第0天的平均落粒率極顯著低于成熟后第7、14和21天，而成熟后第7、14和21天間沒有顯著差異。因此，將PMS落粒性狀的調(diào)查時間確定為成熟后第7天。

分析成熟后第7天的落粒率，結(jié)果顯示，244個品種落粒率為0.47%—41.18%，平均為7.90%；根據(jù)《GB/T 19557.7-2004植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南水稻》落粒性的分級標(biāo)準(zhǔn)，落粒率小于1%、1%—5%、5%—25%、25%—50%、大于50%的水稻品種數(shù)量分別為16、97、122、9和0個。將落粒率數(shù)據(jù)進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換，品種分布頻率（圖2）符合正態(tài)分布，中值為13.50%，95%置信區(qū)間臨界值為5.95%。根據(jù)《水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，落粒率小于5%的品種共113個，可為PMS品種篩選提供足夠數(shù)量的候選品種。因此，將PMS落粒性狀的鑒定值確定為小于5.0%。

表1 2018年不同收獲時間落粒率比較

不同小寫字母表示同一熟組不同成熟后天數(shù)間差異達(dá)顯著水平（＜0.05），不同大寫字母表示同一成熟后天數(shù)不同熟組間差異達(dá)顯著水平（＜0.05）。下同

Different lowercase letters in same line indicate significant differences in days after mature of the same ripening group (＜0.05), and different uppercase letters in same column indicate significant differences in ripening group in the same days after mature ripe (＜0.05). The same as below

2.3 休眠性

至成熟后21 d，共觀測到50個品種表現(xiàn)穗萌，占20.49%；其中，中稻遲熟/一季晚稻組穗萌品種比例為21.80%，晚稻遲/中熟組穗萌品種比例為9.30%。因田間穗萌易受外界環(huán)境影響，穗萌率年度間重復(fù)性差。利用卷紙發(fā)芽法調(diào)查耐休眠性，將穗發(fā)芽率作為鑒定品種穗萌的指標(biāo)。因天氣原因，共收集227個品種進(jìn)行穗發(fā)芽率鑒定（表2），結(jié)果表明，穗發(fā)芽率隨收獲期延長而增加，且不同熟組的品種成熟后第0天的穗發(fā)芽率均極顯著低于第7、14和21天，而成熟后第7、14和21天間差異不顯著。穗發(fā)芽率在品種間存在極顯著差異，但未發(fā)現(xiàn)極端休眠性好的品種。水稻種子成熟7 d后，其休眠性極易被高溫、光照等外因打破，進(jìn)而干擾檢測結(jié)果[24-25]，因此，將穗發(fā)芽率調(diào)查時間確定在成熟后第0天。

圖2 2018年不同落粒率級別品種頻率

成熟后第0天，227個品種的平均穗發(fā)芽率為0.08%—95.63%，品種間差異顯著；穗發(fā)芽率數(shù)據(jù)經(jīng)反正弦轉(zhuǎn)換后，品種分布頻率符合正態(tài)分布（圖3），中值為10.02%，95%置信區(qū)間臨界值為13.07%。因此，將PMS休眠性狀的鑒定值確定為＜10.0%。

2.4 稻米品質(zhì)

根據(jù)《NT/T 83-2017米質(zhì)測定方法》，檢測分析244個品種不同收割時間的稻谷碾磨品質(zhì)、稻米外觀品質(zhì)及糊化溫度、膠稠度、直鏈淀粉含量、粗蛋白質(zhì)含量（表3）。結(jié)果表明，隨收獲期延長，稻谷碾磨品質(zhì)逐漸下降：糙米率在成熟后第2天顯著下降；整精米率與精米率在成熟后第7天開始下降。稻米外觀品質(zhì)中，長寬比與透明度在不同取樣時間的樣品間無顯著差異；堊白度與堊白粒率在成熟后第7天則顯著增加。

圖3 2018年227個品種穗發(fā)芽率品種頻率

表2 2018 年不同收獲時間穗發(fā)芽率比較

表3 2018年淹水處理244個品種米質(zhì)表現(xiàn)

隨收獲期延長，糊化溫度與直鏈淀粉含量均未有顯著變化；且成熟后收割樣品的堿消值均在6級以上；膠稠度在成熟14 d后顯著降低，但不同取樣時間的樣品平均膠稠度均超過71 mm。

2.5 千粒重

千粒重是構(gòu)成產(chǎn)量的重要因子。2019年，考察不同灌溉管理處理下不同收獲時期樣品的千粒重（表4），結(jié)果表明，在淹水、干-濕交替灌溉處理中，同一收割時間不同熟組間的差異均達(dá)極顯著水平；2種處理間差異未達(dá)到顯著水平；隨收獲期延長，千粒重略有增加，但同一熟組不同收獲時期樣品間差異未達(dá)顯著水平。

表4 2019 年不同灌溉管理不同收獲時期千粒重比較

2.6 PMS水稻品種的篩選

應(yīng)用PMS性狀鑒定標(biāo)準(zhǔn)，2018年初步篩選到5個PMS水稻品種；2019年對征集到的132個水稻品種進(jìn)行篩選：至成熟后第14天，觀察到傾斜角度小于45°的品種共77個；成熟后第7天調(diào)查落粒性狀，篩選到落粒率小于5.0%的品種共82個；成熟后第0天調(diào)查PMS性狀，篩選到穗發(fā)芽率小于10.0%的品種共23個。綜合3個性狀，共篩選到21個PMS水稻品種（表5）。其中，玖兩優(yōu)黃華占、桃優(yōu)香占、農(nóng)香42及板倉粳糯為2018、2019年共同鑒定到的PMS品種；至成熟后21 d內(nèi)，桃優(yōu)香占、農(nóng)香42及板倉粳糯的稻稈倒伏角度均小于30°；PMS品種的籽粒后期落色好，無枯穗現(xiàn)象。

2.7 PMS水稻品種應(yīng)用

2019年在株洲攸縣，利用2018年篩選到的3個PMS水稻品種桃優(yōu)香占（60.33 hm2）、玖兩優(yōu)黃華占（4.20 hm2）、農(nóng)香42（8.80 hm2）開展應(yīng)用研究，其中，淹水處理區(qū)自移栽后在孕穗-黃熟期進(jìn)行淹水管理。其間，水稻長勢良好，無明顯病蟲危害，無倒伏。成熟后第10天對2個PMS品種桃優(yōu)香占、玖兩優(yōu)黃華占進(jìn)行測產(chǎn)和降鎘效果鑒定。隨機(jī)選取田塊，3個重復(fù)，機(jī)收測產(chǎn)的結(jié)果表明，不同品種在不同淹水管理條件下，產(chǎn)量增減表現(xiàn)不一致；但同一品種在淹水灌溉稻田與干-濕交替灌溉稻田產(chǎn)量無顯著差異（表6）。

對寧鄉(xiāng)市雙江口鎮(zhèn)、攸縣新市鎮(zhèn)、湘潭市青山橋鎮(zhèn)3個示范點，采取隨機(jī)取樣的方式，檢測稻米鎘含量。結(jié)果表明，移栽后在孕穗-黃熟期進(jìn)行淹水管理，稻米鎘含量均符合《GB2762-2017食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)-食品中污染物限量》指標(biāo)，且遠(yuǎn)低于干-濕交替灌溉管理（表7）。種植PMS水稻品種，結(jié)合適時淹水的降鎘技術(shù)，可實現(xiàn)鎘中輕度污染區(qū)安全生產(chǎn)。

表5 2019年P(guān)MS水稻品種信息

表6 2019年P(guān)MS水稻品種機(jī)收測產(chǎn)

NS：同一品種的淹水與干-濕交替之間的差異未達(dá)顯著水平（＜0.05）

NS: indicated the difference of cadmium content between flood and dry-wet management was not significant level (＜0.05)

3 討論

3.1 PMS水稻品種性狀鑒定時間與參數(shù)確定

本研究在2018年244個水稻品種性狀調(diào)查與分析的基礎(chǔ)上，初步構(gòu)建了PMS水稻品種評價體系，所涉及的性狀鑒定時間與參數(shù)在2019年進(jìn)一步獲得了驗證（數(shù)據(jù)未列）。通過分析2018、2019年均參加鑒定的4個品種，發(fā)現(xiàn)PMS性狀在品種間存在極顯著差異，但同一品種在年度間重復(fù)性好，說明本研究所建立的PMS特性具有穩(wěn)定的遺傳基礎(chǔ)。生產(chǎn)上，稻稈倒伏可能受到氣溫、病蟲害、施肥水平、秧苗素質(zhì)等多個因素影響。本評價體系中，僅采用淹水處理作為倒伏的篩選壓，其他因素的相關(guān)研究有待進(jìn)一步細(xì)化并完善。

表7 2019年P(guān)MS水稻品種示范點稻米鎘含量

*表示同一行數(shù)據(jù)淹水管理與干-濕交替之間的鎘含量差異達(dá)顯著水平（＜0.05），**表示達(dá)極顯著水平（＜0.01）

*indicated the difference of cadmium content between flood and dry-wet management was significant level (＜0.05), and ** was extremely significant level (＜0.01)

2018年參加鑒定的244個品種中，僅鑒定到傾斜角度大于等于45°品種19份，占7.79%；倒伏品種偏少的原因可能是試驗基地自8月中旬到10月下旬，氣溫較常年高，降雨偏少，病蟲害發(fā)生少。值得注意的是，2019年，成熟后第0天有9個品種倒伏角度大于等于60°，其中，有3個僅出現(xiàn)在干-濕水分管理中。這可能與淹水處理下水稻倒3、4節(jié)莖稈機(jī)械組織強(qiáng)度、韌性以及長度的增加有關(guān)[26-27]。彭世彰等[28]從力學(xué)角度對蓄水-控灌處理下水稻莖稈抗倒伏能力增強(qiáng)的原因進(jìn)行了分析：相較干-濕交替灌溉，淹水處理下稻稈的莖稈系數(shù)最小，節(jié)間充實度高出135.3%，壁厚高出0.35 mm，表現(xiàn)出更為優(yōu)越的力學(xué)性能。但也有研究者認(rèn)為，干-濕交替處理有利于水稻植株重心高度降低，第1節(jié)（N1）、第2節(jié)（N2）節(jié)間長度縮短，單位節(jié)間干重增加，從而提高節(jié)間抗折力，抗倒伏能力較淹水灌溉處理強(qiáng)[29]。本研究中，淹水灌溉處理采取只進(jìn)水不出水的方式，在充分利用自然降水的基礎(chǔ)上，保持水層5 cm左右，水稻莖稈倒伏能力增強(qiáng)的原因可能與蓄水-控灌處理類似，進(jìn)一步的機(jī)理研究有待深入探討。

落粒性強(qiáng)弱對延遲收獲時產(chǎn)生的損失因品種不同而異。在機(jī)械作業(yè)過程中，易落粒型品種損失率一般為8%—10%，易導(dǎo)致豐產(chǎn)不豐收；難落粒型品種因難于脫落，易與谷草混雜而造成產(chǎn)量損失，損失率為4%—5%；中等或中等偏強(qiáng)落粒型機(jī)收損失率約3%[20]。本研究中，將落粒性狀鑒定值確定為5%，屬于低落粒率范圍，對于機(jī)械收割，是將損失率降至最低的選擇。

穗萌是種子休眠特性喪失或減弱，獲得萌發(fā)能力的生理過程[30-34]：休眠性強(qiáng)、休眠期長的水稻品種不易發(fā)生穗萌；沒有休眠特性，或休眠性弱、休眠期短的水稻品種易發(fā)生穗上發(fā)芽[35-37]。前人研究結(jié)果表明，易穗萌的水稻種子遇到高溫高濕天氣時，穗萌程度加??；抗穗萌水稻品種在連續(xù)陰雨高溫天氣時也會發(fā)生一定程度的穗萌[32]。種子休眠和萌發(fā)，存在復(fù)雜的相互關(guān)系，涉及植物激素、光照、溫度、氮素及種皮在種子休眠形成及解除中發(fā)揮的重要作用[32-36,38]。根據(jù)氣象資料，2019年水稻中、晚稻成熟期期間的總降雨量僅為69.1 mm，相較2018年少65.9 mm；平均溫度低于20℃的時間推遲了7 d；而持續(xù)無雨天數(shù)長達(dá)20 d，比2018年多出9 d；這些可能是2019年觀測到田間穗萌品種比2018年少的原因。而中稻和一季晚稻組品種成熟期間高于25℃的天數(shù)多于晚稻遲熟和中熟組，其穗萌比例相應(yīng)較高的原因則體現(xiàn)了溫度對穗萌的影響[32,39-40]。由于群體遺傳結(jié)構(gòu)、研究方法的不同以及外界環(huán)境的影響，加之控制水稻種子休眠性QTL本身的遺傳復(fù)雜性，使得穗萌方面的研究存在許多問題：不僅對水稻種子休眠性和穗萌的基因數(shù)量仍存在爭議[24,34,36,41-47]，還缺少對穗萌鑒定的有效標(biāo)準(zhǔn)。本研究通過調(diào)查取樣成熟后第0天稻谷的休眠性，來反映穗發(fā)芽的難易程度；更好的鑒定方法及標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步研究。

產(chǎn)量方面，2018年僅對千粒重進(jìn)行了分析，其他影響產(chǎn)量的因素如有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)等未進(jìn)行調(diào)查；但2019年P(guān)MS水稻品種示范田測產(chǎn)的結(jié)果說明，淹水處理、延遲收獲能實現(xiàn)水稻產(chǎn)量的安全生產(chǎn)。病蟲防治方面，本研究與示范過程中，均發(fā)現(xiàn)延遲收獲的稻稈極易遭受稻飛虱啃噬。這可能是因為延收后的稻稈依舊保持正常生理活性，并成為稻飛虱僅有取食對象有關(guān)。水稻延收后對稻飛虱生活、遷移習(xí)性是否有影響，還待進(jìn)一步研究。

3.2 淹水降鎘效果

污染水中有0.012%—0.067%的鎘積累到稻米中[48]。淹水灌溉能顯著降低進(jìn)入植株體內(nèi)的有效態(tài)鎘[6-7,13-14]，并抑制鎘吸收基因表達(dá)，進(jìn)而降低水稻對鎘的吸收和積累[49]。本研究通過2019年千畝示范，在鎘中輕度污染稻田種植出符合《GB2762-2017食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)-食品中污染物限量》指標(biāo)稻谷，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)，驗證了前人的研究結(jié)果；但在鎘重度污染稻田，是否也能獲得相同效果，仍需進(jìn)一步研究。同時，根據(jù)前人報道，鎘離子常通過“蹭車”的方式伴隨著其他重金屬離子（如砷、錳等）進(jìn)行跨膜運(yùn)輸[50-55]。淹水灌溉后，稻米中其他重金屬離子含量是否超標(biāo)、如何協(xié)調(diào)稻米重金屬離子含量的平衡等問題，本研究均未涉及；相應(yīng)研究，仍有待進(jìn)一步開展。

種植PMS水稻品種，結(jié)合淹水法種植，可實現(xiàn)稻米降鎘；但在水資源不足的季節(jié)或降水不豐的稻區(qū)，PMS水稻品種的降鎘效果將面臨挑戰(zhàn)。因此，精確把握淹水時期，對保證生產(chǎn)安全、保持降鎘效果至關(guān)重要。本研究在前人研究的基礎(chǔ)上，將淹水處理時間確定為孕穗-黃熟期，并開展大樣本水稻品種篩選；生產(chǎn)上，可根據(jù)不同品種的生長發(fā)育規(guī)律、因地制宜地確定具體淹水時期。

4 結(jié)論

水稻應(yīng)在成熟后7 d內(nèi)及時收割，且不宜遲于成熟后14 d。水稻品種PMS性狀評價體系為：孕穗-黃熟期淹水灌溉，成熟后第14天稻稈與垂直傾斜角度小于45°、成熟后第7天落粒率小于5.0%、成熟后第0天穗發(fā)芽率小于10.0%，同時滿足3個指標(biāo)的水稻品種鑒定為PMS水稻品種。2018—2019年，共篩選PMS水稻品種21個。2019—2020年應(yīng)用耐PMS性水稻品種，移栽后在孕穗-黃熟期進(jìn)行淹水管理，千畝示范田中稻米鎘含量均符合《GB2762-2017食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)-食品中污染物限量》指標(biāo)。在中、輕度鎘污染稻田推廣種植PMS水稻品種，結(jié)合淹水法，可實現(xiàn)水稻的安全生產(chǎn)。

致謝：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所萬建民院士對文章進(jìn)行了指導(dǎo)，在此表示感謝。

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Selection of PMS Rice Varieties and Application in Flooding Irrigation for Cadmium Reduction

1Hunan Rice Research Institute, Hunan Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Indica Rice Genetics and Breeding in the Middle and Lower Reaches of Yangtze River Valley, Ministry of Agriculture, Changsha 410125;2Hunan Agriculture University, Changsha 410128;3Huaihua Polytechnic College, Huaihua 418099, Hunan;4China National Rice Research Institute/State Key Lab of Rice Biology, Hangzhou 311400

【】With the extension of mechanization and large-scale rice production mode, late harvest of rice grains brought by improper weather, conflicts in using mechanics and drying facilities usually gives rise to severe yield loss and quality deterioration, which has been deeply concerned by the farmers and greatly challenged the middle and late rice production in China. On the other hand, cadmium accumulation in rice grains has become a top food safety issue for breeders and producers. Flooding irrigation can effectively reduce cadmium content in rice. This research aims to select PMS (post-maturation sustainability) and low cadmium accumulation rice varieties by continuous flooding irrigation treatment. We expect to establish an effective evaluation system for PMS, select and utilize rice varieties with both PMS and low cadmium accumulation for production and research. 【】Continual flooding irrigation were carried out in the experimental field during booting stage to yellow ripening stage in 2018. The mature plant lodging, seed dormancy and grain shattering of the 244 materials from China were evaluated through field observation and data investigation after ripening. The appraisal time and value of PMS rice varieties were defined using significant analysis. The 1000-grain weight, milling quality, appearance quality, gelatinization temperature, gel consistency and amylose content were tested for PMS rice. In 2019, 132 rice varieties promoting in Hunan were evaluated and identified using the appraisal time and value of post-harvest lodging. 1000-grain-weight were investigated between flooding and dry-wet alternate irrigation. The yield and effect of cadmium accumulation reduction of PMS rice varieties were tested in demonstration paddy field. 【】The threshold for PMS was optimized as follows: lodging resistance is defined as the angle between rice stalk and vertical inclination ＜45° at the 14th day after maturity; rice shattering ＜5.0% at 7 days after maturity; and spike germination rate ＜10.0% at the same day of maturity. 21 PMS rice varieties were obtained in 2019. No significant difference existed in 1000-grain weight between flooding and dry-wet alternate irrigation, and also in yield in demonstration paddy field. The cadmium content of brown rice in flooding irrigation was lower than 0.20 mg·kg-1, which is significantly lower than that of dry-wet alternate irrigation management. 【】PMS rice varieties can withstand long-term flooding irrigation. There is no significant effect on yield and quality in delayed harvest after maturity. Application of PMS rice varieties in mild and moderate-level cadmium contaminated paddy, safety production can be realized in combination with flooding irrigation.

rice; PMS; flooding irrigation; safety production

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.17.001

2021-01-07；

2021-03-08

湖南省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳財政專項、湖南省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新資金（2020CX06-01）

曾曉珊，E-mail：zengxiaoshan2@163.com。通信作者余應(yīng)弘，E-mail：yyh30678@163.com。通信作者張健，E-mail：zhangjian@caas.cn

（責(zé)任編輯 李莉）