“稻清”減輕水稻穗期高溫傷害的原因分析

Mohammad Rezaul Islam符冠富奉保華陶龍興金麗華陳婷婷*

（1中國(guó)水稻研究所/水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州310006；2巴斯夫（中國(guó)）有限公司，上海200137；*通訊作者：chentingting＠caas.cn）

隨著全球氣候變暖，極端高溫天氣頻發(fā)，對(duì)水稻生產(chǎn)的危害也不斷增加[1－2]。通過(guò)栽培等調(diào)控技術(shù)措施，以及防護(hù)產(chǎn)品的研究應(yīng)用，緩解高溫帶來(lái)的水稻減產(chǎn)對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展意義重大。稻清是巴斯夫公司通過(guò)多年研究專(zhuān)門(mén)為水稻田開(kāi)發(fā)的防治稻瘟病的新型環(huán)保型殺菌劑，其有效成分是甲氧基丙烯酸酯類(lèi)殺菌劑吡唑醚菌酯，劑型為微囊懸浮劑，新的劑型在保證吡唑醚菌酯防治稻瘟病優(yōu)異的防效同時(shí)，顯著降低了常規(guī)劑型吡唑醚菌酯對(duì)水生生物的毒性，使稻清成為唯一一個(gè)獲準(zhǔn)在水稻田安全使用的吡唑醚菌酯專(zhuān)利產(chǎn)品，同時(shí)保持了吡唑醚菌酯系列產(chǎn)品所特有的施樂(lè)健功能，能夠提高水稻抗逆性，促進(jìn)健康生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量。為了明確該產(chǎn)品調(diào)節(jié)水稻生長(zhǎng)發(fā)育與減緩逆境傷害的機(jī)理，筆者展開(kāi)相關(guān)試驗(yàn)，探索該藥劑的應(yīng)用對(duì)水稻抽穗開(kāi)花期高溫傷害的影響與機(jī)理，也為該產(chǎn)品的推廣應(yīng)用提供理論與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料與栽培條件

試驗(yàn)于2016年在中國(guó)水稻研究所富陽(yáng)基地進(jìn)行，供試水稻品種為易受高溫傷害的粳型雜交稻品種常優(yōu)1號(hào)。供試水稻種植于塑料盆缽中，每盆定量裝干土11 kg。土壤為取自同區(qū)域田間的青紫泥土，有機(jī)質(zhì)含量 36.1 g/kg，全氮 2.70 g/kg，全磷 0.62 g/kg，全鉀 20.4 g/kg，堿解氮239 mg/kg，銨態(tài)氮9.8 mg/kg，速效磷24.1 mg/kg，速效鉀 62 mg/kg，pH 值 6.5。5月 22日播種，6月11日移栽，每盆3叢，每叢1苗。在秧苗移栽后2周及4周分2次施入適量尿素，水分管理及病蟲(chóng)草害防治同常規(guī)大田生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于開(kāi)花至灌漿初期連續(xù)10 d，設(shè)置常溫（對(duì)照）和高溫（41℃～45℃）2種溫度處理。其中，高溫處理在可以實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度和濕度的溫室進(jìn)行。供試藥劑稻清由巴斯夫公司提供，其主要成分是吡唑醚菌酯。于高溫處理前1 d噴施稻清，常溫處理下設(shè)置不噴施和每hm2噴施稻清75 g有效成分2種處理；高溫下藥劑噴施設(shè)置每hm2噴施0、75、85和100 g有效成分4種濃度梯度處理。每處理重復(fù)5盆，噴施藥液量為每hm2675 L，按大田和盆栽苗數(shù)折算每盆噴施藥液量為10 mL。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 考種計(jì)產(chǎn)

成熟期調(diào)查各處理水稻每叢穗數(shù)，收獲后脫粒測(cè)定每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。

1.3.2 穗部溫度

采用紅外熱像儀（Therma CAMTMS65）于高溫處理第3 d及第6 d拍照，用軟件分析水稻熱成像圖片，計(jì)算水稻穗部溫度[3]。

1.3.3 花粉粒育性

表1 稻清對(duì)高溫條件下水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

表2 稻清對(duì)水稻花粉育性、花藥開(kāi)裂和受精率的影響

于高溫處理之后3 d和6 d取樣進(jìn)行花粉育性觀察。采樣時(shí)，取同期開(kāi)花的稻穗上部、中部、下部6朵穎花，每朵穎花取2個(gè)雄蕊，混樣觀察花粉育性。用1%I2－KI溶液進(jìn)行染色后，在200倍顯微鏡下觀察3個(gè)視野，每視野30～50個(gè)花粉粒，將不染或染色淺及部分染色，皺縮和空癟的畸形花粉作為不育花粉，將染色深、飽滿圓形花粉粒作為可育花粉[4]。

1.3.4 花藥開(kāi)裂

在上午8∶00－9∶00取當(dāng)日即將開(kāi)放的固定粒位的小花5朵，2個(gè)穗子10個(gè)穎花為1個(gè)樣本，3個(gè)重復(fù)，用鑷子將穎殼剝掉，置于培養(yǎng)皿中，恒溫箱培養(yǎng)5 h（溫度為25℃，相對(duì)濕度為70%）后在解剖鏡下觀察花藥的開(kāi)裂情況，統(tǒng)計(jì)孔裂率、縱裂率。

1.3.5 柱頭花粉粒數(shù)及柱頭花粉萌發(fā)率

高溫處理之后 3 d 和 6 d，上午 10∶00－11∶00，取至少50個(gè)正在開(kāi)放的穎花，摘取已授粉的柱頭，用0.1%苯胺藍(lán)染色24 h，放于激光共聚焦顯微鏡下統(tǒng)計(jì)觀察，計(jì)算柱頭花粉粒數(shù)與柱頭花粉粒萌發(fā)率[4]。

1.3.6 抗氧化酶活力測(cè)定

于高溫處理后3 d和6 d，取當(dāng)日開(kāi)放的穎花，液氮速凍2 min后于－75℃條件下保存，測(cè)定過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量[5－7]。

1.3.7 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件（Version 11.5）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Sigmaplot軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻清對(duì)水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表1可以看出，各處理間每盆穗數(shù)與每穗粒數(shù)無(wú)顯著性差異。常溫條件下噴施稻清顯著提高水稻結(jié)實(shí)率和千粒重，進(jìn)而顯著增加產(chǎn)量，增幅達(dá)7.9%。高溫處理下各處理水稻結(jié)實(shí)率和粒重較常溫對(duì)照顯著降低，因而產(chǎn)量顯著下降。但噴施稻清有減少高溫下水稻產(chǎn)量損失的作用，效果顯著。

2.2 花粉粒育性、花藥開(kāi)裂和花粉萌發(fā)

由表2可以看出，抽穗開(kāi)花期高溫處理顯著降低了花粉可育率，花藥孔裂率和縱裂率。無(wú)論是常溫條件下還是高溫條件下，稻清處理后花粉可育率和花藥開(kāi)裂率均顯著增加。常溫條件下噴施稻清能顯著增加穎花柱頭花粉粒數(shù)和柱頭花粉粒萌發(fā)率；高溫脅迫下，噴施稻清能顯著減少高溫引起的穎花柱頭花粉粒數(shù)和柱頭花粉粒萌發(fā)率的降低（圖1）。

圖1 稻清對(duì)水稻穎花柱頭花粉粒數(shù)（a，b）和花粉粒萌發(fā)率（c，d）的影響

圖2 稻清對(duì)水稻穗溫的影響（處理后6 d）

2.3 穗部溫度

高溫處理后3 d測(cè)定可知，常溫和高溫條件下，各稻清噴施與未噴施處理間水稻穗溫沒(méi)有顯著差異。處理后6 d測(cè)定結(jié)果表明，在高溫脅迫條件下，噴施稻清的各處理其穗溫較未噴施處理約降低1.6℃～3.9℃（圖2）。表明稻清能有效降低水稻穗部溫度，從而減輕高溫對(duì)植株的傷害。

2.4 穎花抗氧化酶活性

高溫處理后，穎花中各種抗氧化酶，包括過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性均顯著下降。而高溫條件下噴施稻清后，上述酶類(lèi)的活性雖然不能恢復(fù)至常溫對(duì)照水平，但較高溫未噴稻清處理則顯著增加（圖3，a～f）。丙二醛含量測(cè)定結(jié)果則相反，高溫顯著增加穎花中丙二醛含量。噴施稻清則顯著降低常溫和高溫條件下穎花中丙二醛的含量（圖3，g和h）。

3 小結(jié)與討論

在本試驗(yàn)條件下，高溫脅迫顯著降低了水稻結(jié)實(shí)率和千粒重，因而顯著降低產(chǎn)量。噴施稻清后，無(wú)論是常溫條件下還是高溫脅迫條件下，都顯著增加結(jié)實(shí)率和千粒重，顯著增加產(chǎn)量。有研究表明，花粉可育率和花藥開(kāi)裂率與花粉的受精結(jié)實(shí)率有極顯著的相關(guān)性[8－9]。表明穗期高溫脅迫通過(guò)影響花藥的開(kāi)裂和影響花粉的育性，進(jìn)而影響花粉的受精結(jié)實(shí)。而噴施稻清條件下水稻花粉可育率和花藥開(kāi)裂率較高是該處理結(jié)實(shí)率提高的重要原因。另外，噴施稻清條件下柱頭花粉粒數(shù)和花粉粒萌發(fā)率的增加也有利于結(jié)實(shí)率的提高。

高溫脅迫下水稻穎花溫度顯著增加，噴施稻清則能有效降低穗部溫度從而緩解高溫對(duì)穎花的傷害。通常植物體內(nèi)有一系列清除活性氧、過(guò)氧化物等傷害的抗氧化酶類(lèi)，包括超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶等[10]。噴施稻清能顯著提高穎花中抗氧化酶類(lèi)活性，進(jìn)而有效清除活性氧自由基等過(guò)氧化物對(duì)細(xì)胞的傷害，增強(qiáng)細(xì)胞代謝活性，有利于提高花粉粒育性、促進(jìn)花藥開(kāi)裂和花粉粒萌發(fā)，最終提高受精結(jié)實(shí)率、粒重和產(chǎn)量。

圖3 稻清對(duì)水稻穎花抗氧化酶活性（a-f）和丙二醛含量（g，h）的影響

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