“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中國水稻研究所/水稻生物學國家重點實驗室，杭州310006；2巴斯夫（中國）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，對水稻生產的危害也不斷增加[1－2]。通過栽培等調控技術措施，以及防護產品的研究應用，緩解高溫帶來的水稻減產對促進農業生產可持續發展意義重大。稻清是巴斯夫公司通過多年研究專門為水稻田開發的防治稻瘟病的新型環保型殺菌劑，其有效成分是甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑吡唑醚菌酯，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異的防效同時，顯著降低了常規劑型吡唑醚菌酯對水生生物的毒性，使稻清成為唯一一個獲準在水稻田安全使用的吡唑醚菌酯專利產品，同時保持了吡唑醚菌酯系列產品所特有的施樂健功能，能夠提高水稻抗逆性，促進健康生長，提高產量。為了明確該產品調節水稻生長發育與減緩逆境傷害的機理，筆者展開相關試驗，探索該藥劑的應用對水稻抽穗開花期高溫傷害的影響與機理，也為該產品的推廣應用提供理論與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料與栽培條件

試驗于2016年在中國水稻研究所富陽基地進行，供試水稻品種為易受高溫傷害的粳型雜交稻品種常優1號。供試水稻種植于塑料盆缽中，每盆定量裝干土11 kg。土壤為取自同區域田間的青紫泥土，有機質含量 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，水分管理及病蟲草害防治同常規大田生產。

1.2 試驗設計

試驗于開花至灌漿初期連續10 d，設置常溫（對照）和高溫（41℃～45℃）2種溫度處理。其中，高溫處理在可以實時監控溫度和濕度的溫室進行。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5盆，噴施藥液量為每hm2675 L，按大田和盆栽苗數折算每盆噴施藥液量為10 mL。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 考種計產

成熟期調查各處理水稻每叢穗數，收獲后脫粒測定每穗粒數、結實率和千粒重。

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，計算水稻穗部溫度[3]。

1.3.3 花粉粒育性

表1 稻清對高溫條件下水稻產量及其構成因素的影響

表2 稻清對水稻花粉育性、花藥開裂和受精率的影響

于高溫處理之后3 d和6 d取樣進行花粉育性觀察。采樣時，取同期開花的稻穗上部、中部、下部6朵穎花，每朵穎花取2個雄蕊，混樣觀察花粉育性。用1%I2－KI溶液進行染色后，在200倍顯微鏡下觀察3個視野，每視野30～50個花粉粒，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 花藥開裂

在上午8∶00－9∶00取當日即將開放的固定粒位的小花5朵，2個穗子10個穎花為1個樣本，3個重復，用鑷子將穎殼剝掉，置于培養皿中，恒溫箱培養5 h（溫度為25℃，相對濕度為70%）后在解剖鏡下觀察花藥的開裂情況，統計孔裂率、縱裂率。

1.3.5 柱頭花粉粒數及柱頭花粉萌發率

高溫處理之后 3 d 和 6 d，上午 10∶00－11∶00，取至少50個正在開放的穎花，摘取已授粉的柱頭，用0.1%苯胺藍染色24 h，放于激光共聚焦顯微鏡下統計觀察，計算柱頭花粉粒數與柱頭花粉粒萌發率[4]。

1.3.6 抗氧化酶活力測定

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

1.3.7 統計分析

采用SPSS統計軟件（Version 11.5）進行統計分析，用Sigmaplot軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 稻清對水稻產量及構成因素的影響

由表1可以看出，各處理間每盆穗數與每穗粒數無顯著性差異。常溫條件下噴施稻清顯著提高水稻結實率和千粒重，進而顯著增加產量，增幅達7.9%。高溫處理下各處理水稻結實率和粒重較常溫對照顯著降低，因而產量顯著下降。但噴施稻清有減少高溫下水稻產量損失的作用，效果顯著。

2.2 花粉粒育性、花藥開裂和花粉萌發

由表2可以看出，抽穗開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和柱頭花粉粒萌發率；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和柱頭花粉粒萌發率的降低（圖1）。

圖1 稻清對水稻穎花柱頭花粉粒數（a，b）和花粉粒萌發率（c，d）的影響

圖2 稻清對水稻穗溫的影響（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有顯著差異。處理后6 d測定結果表明，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，包括過氧化物酶、過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，上述酶類的活性雖然不能恢復至常溫對照水平，但較高溫未噴稻清處理則顯著增加（圖3，a～f）。丙二醛含量測定結果則相反，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 小結與討論

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

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穎花的傷害。通常植物體內有一系列清除活性氧、過氧化物等傷害的抗氧化酶類，包括超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶等[10]。噴施稻清能顯著提高穎花中抗氧化酶類活性，進而有效清除活性氧自由基等過氧化物對細胞的傷害，增強細胞代謝活性，有利于提高花粉粒育性、促進花藥開裂和花粉粒萌發，最終提高受精結實率、粒重和產量。

圖3 稻清對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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