基于花粉发育与功能实现的杂交水稻热害机理

长江流域是世界上水稻生殖生长期热害的高发地带与重灾区，全球气候变暖将加剧这一情形并严重威胁我国的稻作安全。但目前水稻生殖生长期热害机理整体上并不明晰，阻碍了针对性抗热技术的研制。本研究在前期连续多年进行大田观测、试验的基础上，选用已筛选出的代表性杂交水稻抗/感品种，采用大田条件下红外线加温处理新方法，以花粉发育和功能实现的全过程为主线，通过对减数分裂期至开花期间不同阶段和不同热害情景条件下水稻花药的组织结构、主要结构物质和蛋白组变化、花粉质量与功能实现指标的测定分析，探讨水稻花药组织细胞形成与发育、花药不同阶段和不同部位主要结构物质及其转化过程、蛋白质组变化、花粉特性及功能等，以期探明杂交水稻生殖生长期热害的敏感时期、主要危害类型及其程度、危害的主要过程与途径、以及不同品种对热害的反应差异等，为采用栽培技术提高抗灾水平、确立抗性鉴定标准方法、利用抗性基因和性状、培育抗性品种等提供依据。

水稻高温危害已日益成为世界作物学界研究的热点，我国长江流域实际频发的中稻热害也成为世界瞩目的焦点。但总体上人们从基因位点（QTL）角度对这一问题研究的较多，而在水稻生殖生长期热害机理整体上并不明晰的前提下开展QTL相关研究往往显得“尺度”过大、所得结果难以投入实际应用。本研究试图从水稻生殖生长期花药、花粉与授粉实现这一环节结示水稻热害的一些基本原理，为寻找更为精确的水稻耐热基因位点等奠定基础。本研究主要采用田间原位测定和人工气候室测定相结合的方法完成。.研究中首先确立和发明了表征水稻花粉质量和数量的2个测定方法。研究得到水稻花粉萌发离体培养的“液体培养法”，得到一个标准配方和实施程序，使水稻花药萌发培养的发芽率及其稳定性在原有方法基础上大幅度提高而且更加便捷。研究发明了“水稻每药花粉数完全计数测定法”，较以往测定更为精确、迅速，在测定高温影响水稻花粉数形成上取得了质的突破。此外，我们还首次建立了近红外“水田原位加温法”，所建立的实验体系的升温幅度和湿度控制基本满足开展水稻热害试验的要求。.为确定水稻热害的敏感时期，设立了水稻花粉母细胞减数分裂期-抽穗前各主要阶段进行高温处理。受高温胁迫后, 水稻在各阶段出现各种细胞学和形态学特异性异常。田间原位梯度增温试验表明，以品种结实率为依据，发现柱头授粉数和柱头花粉萌发数与这些耐/感品种的分化趋势具有良好的一致性，而花药开裂各品种表现并不与品种抗/感分化趋势完全一致，品种表现出个别特性、且在结实表现居中的各品种中也表现出一定程度的分化。说明在一定诱导条件下，减数分裂期和开花期处理有利于筛选出高温敏感品种、减数分裂期+开花期处理有利于筛选出耐性品种。从花粉及其授粉功能上看，柱头花粉授粉数和柱头花粉萌发数与水稻受害后结实率的变化相关较大，而花药开裂在品种间表现不一致。持续、跨时段高温处理表明，总体上水稻生殖生长期的高温危害具有明显的累积特征，其中，水稻在开花前3d-抽穗开花期持续高温对水稻的结实影响最大，影响较大的原因直接与花药中酸性转化酶活性相关。因此，花粉母细胞减数分裂期-开花期一切影响水稻花器官生理上酸性转化酶活性的要素均有可能影响水稻的高温抗性，不同耐性品种在这一点上也有相应分化。