高温造成抽穗扬花期水稻育性降低的机理研究

【作者】 赵雷； 严松； 黄英金； 沈显华；

【机构】 江西农业大学农学院； 江西省农业科学院水稻研究所,国家水稻工程实验室(南昌)；

【摘要】 随着气候变暖和极端气候的频繁发生,高温已经逐渐成为限制水稻产量的重要因素。水稻不同生育阶段对高温的敏感程度不同,高温胁迫对生殖生长期的影响要远大于营养生长期,从孕穗期到开花期这一段时间遇到高温均会造成不同程度的不育,通常认为水稻对高温最敏感的时期为抽穗开花期。但是,高温造成水稻育性下降的机理仍不明确。大部分研究认为花药开裂差、撒粉不畅和柱头上花粉附着、萌发减少是高温胁迫影响水稻结实的主要原因,而后者是否是由前者导致或者是否有其它原因影响花粉在柱头上附着、萌发仍然未知,这极大限制了水稻耐热分子机理研究和耐热品种选育。本研究选用一个热敏感粳稻品种Sasanishiki为试验材料,采用自然高温和人工气候箱高温两种方式对其热敏感机理进行研究。结果表明,扬花当日,37.5℃的高温胁迫1h会引起结实率明显降低(<80%),42℃及以上的高温胁迫1h足以引起水稻不育。在一天之内,随着高温胁迫时间的延长,水稻结实率逐渐下降,但第二天对前一天开放的颖花施加高温不会影响结实。此外,高温胁迫对第二天开放的颖花育性影响也不显著,说明当天开放的颖花受高温影响最大。将高温处理过的水稻和正常水稻进行正反交,表明高温能够造成雄性不育,而雌蕊育性几乎不受影响。进一步研究发现,较高胁迫温度下,花药开裂撒粉情况会变差,40.5℃高温处理后,柱头上仅观察到少量花粉粒附着,而37.5℃-39.5℃的高温处理后,柱头上均有充足的花粉粒附着,但花粉管萌发却受到显著影响,这表明高温引起花药开裂变差甚至撒粉不畅并不是水稻育性下降的主要原因。对高温处理后的水稻花粉进行体外萌发试验表明,低于37.5℃的温度胁迫1h不会影响花粉活力,38.5℃及以上高温处理过的水稻花粉基本不萌发。此外,通过对正常的花粉进行不同温度萌发试验,发现花粉管萌发的耐受温度(42℃)明显高于花粉活力的致死温度(38.5℃)。综合以上结果表明,高温造成花粉活力降低是导致结实差的根本原因,而花粉管萌发过程中受到的高温胁迫并不是主要因素。高温胁迫条件下,柱头上花粉附着稀少、萌发率低主要是由花粉活力降低造成的,这也许能够解释有些品种在高温胁迫下撒粉很好但结实较差的现象。总而言之,加强对花粉耐高温的机理研究和选育高温条件下花粉活力良好的品种对于应对未来气温持续升高和确保粮食稳产增产具有迫切的现实意义。更多还原