摘要
水稻是世界上最重要的粮食作物之一，低温会影响水稻的生长发育，严重时会导致粮食减产甚至绝收，已经成为水稻产量和品质下降的主要环境胁迫之一。采取农业防御技术来降低冷害不仅费时费力且效果不佳，因此在生产上种植耐冷水稻品种是解决这一问题的主要途径，而耐冷品种的选育依赖于科学、准确的耐冷鉴定评价体系以及重要耐冷基因的挖掘与利用。近年来，通过图位克隆、GWAS以及QTL等方法克隆了多个重要耐冷基因，并对其分子机理进行了解析。本文从水稻耐冷研究的鉴定方法和时期、评价体系、分子研究基础等方面进行了综述，提出在水稻生长的不同时期，应以不同的评价指标对水稻不同生长时期的耐冷性进行评价，同时提出在优异的水稻种质资源中对重要耐冷基因/QTL进行聚合，进一步通过创新利用，为探索水稻耐冷机制以及水稻耐冷新品种的选育提供参考。
水稻（Oryza sativa L.）是世界上最重要的粮食作物之一，全球种植面积约1.4亿h
为了减少低温冷害对水稻产生的影响，目前在生产上采取的主要预防措施如下：一是改变育秧方式，大力推广旱育
低温胁迫分为0 ℃以上的冷害（Chilling）和0 ℃以下的冻害（Freezing），冷害会使水稻植株体内各种酶活降低，生长发育延滞；冻害则使细胞内形成冰晶，对植株造成物理性伤害。水稻在整个生长发育期间包括从营养生长阶段到生殖生长阶段都会遭受低温胁迫，由于水稻对低温胁迫的响应是一个十分复杂的过程，导致相关研究对水稻耐冷性的鉴定和评价指标也不尽相同。目前对耐冷性鉴定主要分为芽期、苗期、孕穗期、开花期以及灌浆期等5个时期。
（1）芽期：水稻芽期生长临界温度为粳稻≥10 ℃，籼稻≥13 ℃。在种子萌发后，5 ℃处理5 d，随后在常温恢复生长7 d统计其成苗率，以成苗率作为其耐冷性评价指
（2）苗期：苗期耐冷性鉴定一般选择三叶一心期的水稻植株，其评价指标包括活苗率、叶片枯萎程度以及叶片卷枯程度
图1 水稻苗期冷胁迫处理之后（10 ℃处理7 d）的表型
Fig.1 The phenotype of rice seedings after chilling treatment （10 ℃， 7 d）
左： 特青；右：日本晴
Left：Teqing； Right： Nipponbare
（3）孕穗期：水稻孕穗期生长临界温度为粳稻≥20 ℃，籼稻≥22 ℃。孕穗期耐冷性鉴定方法和评价指标主要包括低温条件下的水稻结实率
（4）开花期：水稻开花期的生长临界温度为粳稻≥20 ℃，籼稻≥22 ℃。开花期是对冷胁迫最敏感的时期之一，其鉴定方法和评价指标主要包括低温条件下的水稻结实率等。熊建华
（5）灌浆期：水稻灌浆期生长临界温度为粳稻≥15 ℃，籼稻≥17 ℃。灌浆期一般以低温条件下的结实率和相对结实率（低温处理结实率/对照结实率×100%）作为灌浆期耐冷性的主要评价指标。
水稻的耐冷性状是一个十分复杂的数量性状，涉及到许多基因/QTL的调控和激素、游离化合物以及代谢物含量的变化。近20年来，前人利用DH群体、回交群体以及F2群体等通过图位克隆以及全基因组关联分析（GAWS）等方法在水稻12条染色体上定位到多个与水稻芽期、苗期、抽穗开花期耐冷相关QT
图2 图位克隆以及GWAS定位到的水稻耐冷QT
Fig.2 The cold tolerance QTLs by map-based cloning and GWAS
绿色代表苗期耐冷QTL，红色代表孕穗期耐冷QTL，蓝色代表芽期耐冷QTL
The colour of green， red and blue represent the QTLs for cold tolerance at seedling stage， booting stage and germination stage， respectively
近20年来，利用图位克隆技术已经定位克隆了许多重要农艺性状相关基因，如控制水稻匍匐生长基因PROG
Fujino
基因 Genes | 是否功能验证 Function identification | 正向/负向调控 Positive/negative regulation | 时期 Stages | 表型鉴定方式 The methods of phenotypic identification | 参考文献 References |
|---|---|---|---|---|---|
| qLTG3-1 | 是 | 正向 | 芽期 | 发芽率 |
［ |
| LTT7 | 是 | 正向 | 芽期 | 成苗率 |
［ |
| COLD1 | 是 | 正向 | 苗期 | 活苗率 |
［ |
| qCTS-9 | 是 | 正向 | 苗期 | 活苗率 |
［ |
| HAN1 | 是 | 负向 | 苗期 | 活苗率 |
［ |
| GSTZ2 | 是 | 正向 | 苗期 | 活苗率 |
［ |
| LTG1 | 是 | 正向 | 苗期 | 株高、分蘖数、产量 |
［ |
| Ctb1 | 是 | 正向 | 孕穗期 | 结实率 |
［ |
| CTB4a | 是 | 正向 | 孕穗期 | 结实率 |
［ |
| qPSR10 | 是 | 正向 | 苗期、孕穗期 | 活苗率、结实率 |
［ |
| bZIP73 | 是 | 正向 | 苗期、孕穗期 | 活苗率、结实率 |
［ |
| CTB2 | 是 | 正向 | 孕穗期 | 结实率 |
［ |
对重要耐冷基因如CTB4a、CTB2及其同源基因的利用将大大加速水稻耐冷育种的进程。Zhang
水稻整个生育期内任何一个时期遭遇低温冷害，都会对水稻生产带来不利影响，导致水稻产量降低，尤其是在粳稻种植区域以及高海拔种植水稻的区域。通过采取农业措施来降低冷害对农业生产带来的危害比较困难，因此在生产上培育和种植耐冷品种成为水稻育种的重要方向。可以根据水稻生长时期最易遭受冷害的特定时期来选择对应耐冷的水稻品种，如苗期耐冷、孕穗期耐冷品种等。目前水稻耐冷性鉴定的方法和指标较多，但不够精准、系统，导致鉴评的可靠性和重复性较差，难以有效开展相关理论研究以及后续育种工作。此外，目前已有研究大多是在室内盆栽或者人工气候箱内进行的表型鉴定，因此有必要对水稻植株在尽量接近大田的环境下进行冷胁迫鉴定，如地下水（冷水）灌溉等，让研究更加“接地气”。因此建立系统的水稻耐冷评价体系，筛选优异耐冷种质资源以及从分子角度来挖掘重要耐冷新基因或关键SNP位点成为当下水稻研究工作的热点之一。
在育种过程中，对携带耐冷QTL或耐冷基因的水稻品种进行杂交选育，进一步利用分子标记辅助选择技术，经过多代回交获得综合农艺性状较好、耐冷性较强的水稻新品种。同时可利用基因工程技术对已克隆的耐冷基因进行利用。如对一些重要的耐冷基因LTG
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