水稻耐熱性檢定圃的設置與應用.pdf - 農業知識入口網

農藝作物
耐熱性檢定圃 水
水稻 的 稻
耐
熱
性
設置與應用 檢
定
圃
的
農試所作物組 李長沛 林盟翰 吳東鴻 設
置
農試所植病組 陳繹年
與
一、前言
應
在全球暖化趨勢下，高溫已成為作物栽培上不可閃避的重要議題之一。根據聯合 用
國「政府間氣候變化專門委員會」 ， 的研究報告，顯示現今人類各項活動
(IPCC 2021)
所誘發的暖化現象，以工業化前期水準作為基期下，已高出 ± ℃，全球暖化正
1.0 0.2
以每十年上升約 ± ℃進行中，預測 年到 年之間將提升 ℃。在區域尺
0.2 0.1 2030 2052 1.5
度上，觀察台灣近年平均升溫狀況也有相同趨勢，以 年平均溫度 ℃ 為
1981-2010 (23.63 )
基準，近 年溫度持續上升外，至 年已高出平均值達 ℃，相當於 特別報
10 2020 1.08 IPCC
告中所提出的全球每十年上升幅度 ± ℃的 倍。整合台灣水稻栽培各生育期與各
0.2 0.1 5
月份溫度變化，顯示近年來，不論第一或第二期作各地區栽培後期 生殖生長期 均遭
( )
遇 年以來高溫逆境。為因應持續高溫所帶來的負面影響，模擬高溫環境系統性篩
1951
檢遺傳資源與調適措施，將有助於提升作物對環境逆境的適應性；有鑒於此，本文簡
介農業試驗所 簡稱本所 水稻耐熱檢定圃之設置及實際運作情形。
( )
二、高溫逆境對稻作產業的影響
高溫逆境在稻作生產上之影響包括產量損失和稻米品質劣化。菲律賓國際稻米
研究所 曾分析為期 年的現地產量與氣象變化的
(International Rice Research Institute) 25
關聯性，發現旱季時期的夜溫提高 ℃時，該期水稻將面臨減產 的風險
1 10% (Peng et al.,
。國內學者也指出氣候暖化的影響下，台灣北部地區將明顯減產，而中南部略
2004)
微增產，但整體平均值仍然呈現減產趨勢，預估於 年及 年將分別減產 及
2050 2080 4.7%
姚和陳， 。在稻米品質上，第一期作水稻生育期溫度變化係由低溫轉至高
7% ( 2009)
溫，而生育後期的高溫逆境遂使白堊質粒及未熟率普遍高於第二期作所生產的稻穀
。
(Lur et al., 2009)
作 者：李長沛副研究員
連絡電話：04-23317177
－農業試驗所技術服務季刊．2022年6月．130期－ 01農藝作物
水 生理研究顯示，開花後 天內的溫 抗性基因者較不易受環境影響，
15 BPH17
稻
耐 度對水稻產量與品質的影響最大。其臨 而BPH20則易隨環境變化而喪失抗性
熱
界溫度在 ℃，學者認為在 ℃以 。顯示暖化的情境下，
25-27 30 (Kuang et al., 2021)
性
檢 內，開花後15天內溫度每增加1℃，產量 除解決植物本身的忍受性、適應性外，
定
減少 ，該時期溫度 仍須重視作物與病蟲害發生的相關性。
圃 2-6% (Wu et al., 2016)
的 超過臨界值時，完整米率減少、白堊比
設 三、耐熱檢定圃的設置
率增加，明顯影響稻米理化特性。
置
本所自 年持續建構可以進行大
與 2016
暖化情境也促使病、蟲害發生頻率
應
量檢定之自動控溫耐熱檢定圃 圖一 ，
( )
用 增加或發生時序的改變。在全球暖化的
作為因應暖化情境所帶來衝擊的研究應
情境下，害蟲族群及其代謝速率與前三
用。耐熱檢定圃的構建，為雙拼圓頂力
大穀類作物 水稻、玉米、小麥 產量損失
( )
霸塑膠型、鋼骨支架的強固型溫室，具
的相關性，預測模式顯示每升溫 ℃產量
1
雙翼開頂溫室規劃設置，整體占地
9.6
將損失 ，尤其以榖類生產為主的
10-25%
× 雙連棟，為水泥地基，柱高
m 36 m 4
溫帶地區更為明顯 。
(Deutsch et al., 2018)
，圓頂 、四邊均有上、下捲揚，以
m 2.6 m
水稻褐飛蝨、白葉枯病原是國內僅在第
透光率 農用塑膠膜覆蓋，內設加
90% PO
二期稻作好發的病蟲害，但近年來已在
熱器 組及內循環通風扇，自動控制器與
2
第一期稻作屢見不鮮。國內學者模擬
加熱器、通風扇、捲揚進行連動；溫室
同時考量高溫及大氣高 濃度的複合
CO
2
內離地面 處均勻配置 組氣溫、溼
1.2 m 4
情境下，水稻抗蟲基因的抗性表現亦
度監測器，由 組氣溫數據之平均作為自
4
受影響；以褐飛蝨抗性基因為例，攜有
動控制器
啟動之依
據，另設
置 組
4 CO
2
濃度監測
器， 組土
4
壤三合一
監測器，
4
組土壤水
分及導電
度計以監
測田間環
境參數。
圖一、耐熱檢定圃篩選情形及自動控制系統。
02 －農業試驗所技術服務季刊．2022年6月．130期－農藝作物
耐熱檢定圃可以種植面積為 × 化，從而選育耐熱的優良品種 系。而檢 水
19 m 33 ( )
稻
m，若以28 cm×16 cm的種植密度，每 定圃內之日夜平均溫度均達30℃以上， 耐
熱
品系種植 株，單次可檢定約 品種 超過一般認為對水稻米質負面影響的臨
18 400
性
(系)，足以進行種原評估、大量檢定分離 界溫度26℃(盧等，2006)，利於評估高溫 檢
定
後裔或進行逆境調適措施研究。 逆境下對米質的影響。
圃
根據近年來耐熱檢定圃運作現況， 耐熱檢定圃的檢定環境，有別於一 的
設
發現檢定圃的夏季高溫可能高達44℃以 般生長箱內僅能進行少量精確的耐熱 置
與
上，已規劃調整側邊捲揚和開頂天窗， 性評估。較大面積的環境及各水稻品種
應
當內部溫度達設定溫度，則打開捲揚及 (系)生育期的差異，可能面臨高溫的逆 用
境程度有所不同，對檢定結果也可能有
天窗，但側邊下捲揚面積較大，且開啟
不等程度的影響。以台農 號為試驗材
高度與稻株株高接近，正好接近水稻抽 77
料 圖二 ，比較種植於田間、一般溫室
穗的位置，可能造成檢定圃內兩側溫度 ( )
於抽穗前移入耐熱檢定圃，以及直接種
較低，試驗材料可能面臨的高溫逆境不
植於耐熱檢定圃內的高溫逆境表現。結
足的現象。因此目前降溫的設定，當溫
果顯示在高溫逆境下，稔實率均明顯降
度達設定溫度時僅開啟側邊上捲揚，以
低，說明生育後期的高溫逆境處理並未
減少設施邊緣干擾。未來設計上可將兩
受生長前期的栽培環境的影響，有利於
側捲揚改為三段式，溫度超過設定溫度
評估抽穗期不同的各類品種 系。
( )
時僅開啟上、中部的捲揚，以增加降溫
速度，也可避免溫度不均的干擾。 五、耐熱檢定圃的應用
耐熱檢定圃的設置，除進行耐熱性
四、耐熱檢定圃的運作
品 種 系檢定外，也可提供高溫逆境下
( )
耐熱檢定圃目前主要評估水稻生育
後期的高溫耐受性。試驗材料同時種植 表一、田間環境溫度與耐熱檢定圃之溫度比較
於檢定圃與露天田區，在水稻開始抽穗
處理 日均溫 08:00~15:00 15:00~08:00
時進行溫度處理，日間 ，儘 (℃) 均溫(℃) 均溫(℃)
(08:00-15:00
可能涵蓋水稻開花的時間 溫度設定在 2020 第一期作 5月1日~6月20日
)
℃± ℃，夜間則設定在 ℃± ℃， 田間環境 27.6 30.2 26.6
39 2 28 2
耐熱檢定圃 33.3 39.1 31.3
持續至成熟期。在加溫期間與田間環境
溫度差異 5.7 8.9 4.7
溫度相比較 表一 ，白天加溫時段，較
( )
2020 第二期作 9月21日 ~ 11月30日
田間溫度高出約 ℃，夜間則高出田間約
9
田間環境 24.8 28.3 23.4
℃，第一、二期作水稻生育後期的高
5
耐熱檢定圃 31.1 37.0 28.6
溫處理均可超出水稻開花期的臨界溫度
溫度差異 6.3 8.7 5.2
℃ ，可評估高溫逆境下的稔實率變
(35 ) 08:00~15:00；15:00~08:00溫度設定分別為39℃、28℃。
－農業試驗所技術服務季刊．2022年6月．130期－ 03農藝作物
水 各類相關研究應用。為克服高溫對稻作 其中耐高溫的印度品種 ，
Nagina 22 (N22)
稻
耐 產業的不良影響，就短期的目標而言， 在耐熱檢定圃內仍能維持高稔實率(表
熱
了解國內主要水稻推廣品種高溫韌性表 二；埃及品種 在耐熱檢定圃內，
) Giza178
性
檢 現，可作為各地區推廣上的參考；也針 除保有高稔實率也有較好的米質外觀；
定
對各區改良場參與區域試驗的新育成品 而來自澳洲及非洲的野生稻種，具有耐
圃
的 系進行耐熱性評估，以提供新品系命名 熱、耐旱的特性，也是改進栽培稻應變
設
及適栽區推廣參考。同時於高溫檢定圃 氣候變遷的重要遺傳資源，均可提供改
置
與
中，進行不同灌溉方法或營養調配等栽 進現有品種高溫逆境忍受性的潛力。
應
用 培管理試驗，建立高溫逆境調適技術， 在耐熱檢定圃中，進一步結合型
作為輔導及推廣的依據。 態或生理指標的調查、病蟲害發生的評
另外，也積極的引進及評估各類種 估，從各式種原中找出高溫下仍有高稔
原，做為強化固有品種耐熱性的基礎。 實率和較好外觀品質關聯性基因，或是
不易受高溫影響的抗病蟲
害基因，配合分子標誌輔
助選拔，有助於改進推廣
品種應變高溫逆境的精準
育種目標。
六、結語
在氣候變遷全球暖
化的情境，作物栽培所
面臨的衝擊，往往不再只
圖二、不同處理方式下水稻台農77號稔實率表現(2020第一期 是單一事件的課題，如高
作)。
溫伴隨著乾旱，也相繼影
表二、耐熱品種N22與國內推廣品種於一般田間(常溫)和耐熱檢
響病蟲危害的時序變化及
定圃(高溫)之稔實率(%) (2020、2021年)
抗性基因的有效性，透過
第一期 第二期
模擬的環境，將更適切且
品種
田間環境 耐熱檢定圃 田間環境 耐熱檢定圃 有效的進行評估。耐熱檢
定圃的應用， 短期內可以

N22 89.4±1.4 b 90.1±1.1 a 90.3±3.9 a 92.2±2.2 a
了解國內主要水稻推廣品
台稉9號 91.8±2.3 a 66.1±15.1 b 91.7±1.5 a 85.2±3.9 b 種對高溫的忍受性，並建
台南11號 92.4±1.4 a 75.4±13.3 ab 88.2±5.9 a 83.0±5.8 b 立高溫調適技術。長期的
目標，則結合生物技術、
同欄英文字母相同者，表示LSD檢定無顯著差異。各數值均為兩年兩個同期作4
重複之平均。
04 －農業試驗所技術服務季刊．2022年6月．130期－農藝作物
型態生理特徵，將耐熱性基因導入國內 水
Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield,
稻
推廣品種，並尋找高溫環境下仍持續具 O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou] pp. 耐
熱
有抗病蟲害的有利基因，以改進現有品
33 144, doi:10.1017/9781009157896.002.
性
種對未來環境的忍受性。期待本設施的 Kuang, Y.H., Y.F. Fang, S.C. Lin, S. F. Tsai, 檢
定
研究成果，可以提升國內稻作栽培時面
Z. W. Yang, C. P. Li, S. H. Huang, S. L. 圃
臨高溫逆境衝擊時的韌性。也歡迎有興 的
Hechanova, K. K. Jena and W. P. Chuang.
設
趣的研究團隊與專家可以善加應用本設
2021. The impact of climate change on 置
與
施，來解決氣候變遷下高溫逆境對作物
the resistance of rice near-isogenic lines
應
生產上亟需解決的各類課題。 with resistance genes against brown 用
planthopper. Rice 14, 64 (2021). https://
七、參考文獻
doi.org/10.1186/s12284-021-00508-6.
盧 生、劉韻華、中央氣象局第三組農
Lur, H. S., C. L. Hsu, C. W. Wu, C. Y. Lee,
業氣象科。 。台灣優質水稻栽培
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C.L. Lao, Y. C. Wu, S. J. Chang, C.Y.
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與生物資訊 。
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Crop, Environment & Bioinformatics.
境與生物資訊 。
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Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M.
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Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R.
－農業試驗所技術服務季刊．2022年6月．130期－ 05