抽穗开花期高温胁迫对水稻花药、花粉粒及柱头生理特性的影响

doi:10.3969/j.issn.1001-7216.2014.02.007

中国水稻科学 ›› 2014, Vol. 28 ›› Issue (2): 155-166.DOI: 10.3969/j.issn.1001-7216.2014.02.007

抽穗开花期高温胁迫对水稻花药、花粉粒及柱头生理特性的影响

张桂莲^1,2,张顺堂¹,肖浪涛³,唐文帮^1,肖应辉¹,陈立云^1,*

¹湖南农业大学农学院，长沙 410128；²深圳市龙岗区农业科技推广中心博士后创新基地，广东深圳518118； ³湖南农业大学植物激素与生长发育湖南省重点实验室, 长沙 410128；

收稿日期:2013-05-30 修回日期:2013-11-24 出版日期:2014-03-10 发布日期:2014-03-10
通讯作者: 陈立云1,*
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(30900874)；湖南省自然科学基金资助项目(11JJ3026)；湖南省科技计划博士后专项 (2012RS4037)；湖南省教育厅青年基金项目(YB2009B023)；作物学开放基金资助项目（ZWKF201301）。

Effect of High Temperature Stress on Physiological Characteristics of Anther,Pollen and Stigma of Rice During Headingflowering Stage

ZHANG Guilian ^1，2, ZHANG Shuntang ¹ , XIAO Langtao ³, TANG Wenbang ¹, XIAO Yinghui ¹, CHEN Liyun^1,*

¹College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; ²Postdoctoral Innovation Base of Agricultural Science and Technology Promotion Center of Longgang District, Shenzhen 518118, China; ³Hunan Provincial Key Laboratory of Phytohormones and Growth Development,Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;

Received:2013-05-30 Revised:2013-11-24 Online:2014-03-10 Published:2014-03-10
Contact: CHEN Liyun1,*

摘要/Abstract

摘要： 以6个耐热性差异较大的水稻重组自交系及其亲本996（热钝感）和4628（热敏感）为材料，于抽穗开花期在人工气候室进行高温处理，研究高温胁迫对耐热性不同水稻株系花药抗氧化酶活性、膜透性、可溶性糖含量、热稳定蛋白含量、花粉粒及柱头活力的影响。结果表明，高温胁迫下，花药超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）及过氧化氢酶（CAT）活性呈先上升后下降的趋势，耐高温株系花药的SOD、POD及CAT活性显著高于热敏感株系。与热敏感株系相比，高温下耐高温株系花药具有较高的热稳定蛋白含量、可溶性糖含量、较低的丙二醛（MDA）含量和相对电导率。高温下耐高温株系的花药开裂系数、柱头上花粉粒数、花粉活力和柱头活力显著高于热敏感株系。这表明，杂交后代可能遗传了亲本996的一些耐热性状。因此，花药抗氧化酶活性、膜透性、热稳定蛋白含量和花粉活力均可作为水稻耐热性鉴定指标。

关键词: 水稻重组自交系, 抽穗开花期, 高温胁迫, 花器官, 生理特性

Abstract: Six rice recombinant inbred lines with different heat tolerance and their parents, heat tolerant line 996 and heat sensitive line 4628 were treated with high temperature (9:00-17:00, 37℃; 17:00-9:00, 30℃) and optimal temperature (9:00-17:00, 30℃; 17:00-9:00, 25℃) in growth chambers. The effect of high temperature on antioxidant enzyme activities, membrane permeability,souble sugar content, heat stable protein content of anther, pollen grain and stigma viability were studied.The results showed the superoxide dismutase(SOD), catalase (CAT), peroxidase (POD) activities in anther increased obviously at early stage under high temperature stress, then decreased rapidly, the antioxidant enzyme activity of anther of heat tolerant lines was significantly higher than that of heat sensitive lines. Compared with heat sensitive lines, higher heat stable protein content and souble sugar content, lower malondialdehyde (MDA) content and relative conductivity were found in anther of heat tolerant lines. The anther dehiscence coefficient, pollen grains number on the stigma,pollen viability and stigma viability of heat tolerant lines were significantly higher than those of heat sensitive lines. It showed that hybrids might inherit the heat tolerance from the parent 996.The antioxidant enzyme activity, membrane permeability, heat stable protein content of anther and pollen viability can be used as heat resistance identification indexes in rice.

Key words: rice, recombinant inbred lines； heading stage； high temperature stress, flower organ, physiological characteristics

中图分类号:

张桂莲1,2,张顺堂1,肖浪涛3,唐文帮1,肖应辉1,陈立云1,*. 抽穗开花期高温胁迫对水稻花药、花粉粒及柱头生理特性的影响[J]. 中国水稻科学, 2014, 28(2): 155-166.

ZHANG Guilian1，2, ZHANG Shuntang1, XIAO Langtao3, TANG Wenbang1, XIAO Yinghui1, CHEN Liyun1,*. Effect of High Temperature Stress on Physiological Characteristics of Anther,Pollen and Stigma of Rice During Headingflowering Stage[J]. Chinese Journal of Rice Science, 2014, 28(2): 155-166.

参考文献

\[1\]IPCC//Houghton J T, Ding Y, Griggs D J, et al, eds. Climate Change 2001: Scientific Basis.New York, USA: Cambridge University Press, 2001

\[2\]Peng S B, Huang J L, Sheehy J E, et al. Rice yields decline with higher night temperature from global warming. Proc Natl Acad Sci USA, 2004, 101: 99719975

\[3\]田小海，罗海伟，周恒多，等.中国水稻热害研究历史、进展与发展.中国农学通报， 2009,25（22）：166168

\[4\]王才林，仲维功．高温对水稻结实率的影响及其防御对策．江苏农业科学， 2004（1）: 1518.

\[5\]杨惠成, 黄仲青, 蒋之埙, 等. 2003年安徽早中稻花期热害及防御技术.安徽农业科学, 2004, 32(1): 34.

\[6\]罗孳孳，阳园燕，唐余学，等. 气候变化背景下重庆水稻高温热害发生规律研究. 西南农业学报， 2011, 24（6）： 21852189.

\[7\]Satake T, Yoshida S.High temperature induced sterility in indica rices at flowering. Jpn J Crop Sci,1978, 47: 617.

\[8\]Matsui T， Omasa K， Horie T． Comparison between anthers of two rice (Oryza sativa L.) cultivars with tolerance to high temperatures at flowering or susceptibility.Plant Prod Sci，2001(4): 3640.

\[9\]Matsui T，Omasa K．Rice (Oryza sativa L.)cultivars tolerant to high temperature at flowering： Anther characteristics.Ann Bot，2002,89:683687.

\[10\]穰中文，周清明. 耐热水稻品种Nagina 22高温胁迫下的生理响应. 植物遗传资源学报, 2012, 14(6): 133137.

\[11\]张彬, 芮雯奕, 郑建初, 等. 水稻开花期花粉活力和结实率对高温的响应特征.作物学报,2007,33(7):11771181.

\[12\]谢晓金, 申双和, 李秉柏,等. 抽穗期高温胁迫对水稻开花结实的影响.中国农业气象， 2009,30(2):252256.

\[13\]郭晶心, 曾文智, 周宝津,等. 开花期高温胁迫对不同水稻品种花粉萌发和结实的影响. 华南农业大学学报, 2010,31(2):5053.

\[14\]张桂莲，陈立云，张顺堂，等. 高温胁迫对水稻花粉粒性状及花药显微结构的影响. 生态学报, 2008, 28(3): 10891097.

\[15\] Ekanayake I J, Steponkus P L, De Datta S K. Sensitivity of pollination to water deficits at anthesis in upland rice. Crop Sci, 1990, 30: 310314.

\[16\]李合生，孙群，赵世杰，等. 植物生理生化试验原理和技术．北京：高等教育出版社， 2000：167169.

\[17\] Scebba F, Sebastiani L, Vitagliano C. Protective enzymes against activated oxygen species in wheat (Triticum aestivum L.) seedling:Response to cold accilimation. Plant Physiol, 1999, 155: 762768.

\[18\]张宪政．作物生理研究法．北京：农业出版社，1992：201212.

\[19\]Fu J R, Yang X Q, Jiang X C. Heat stable proteins and desiccation tolerance in recalcitrant and orthodox seeds//Ellis R H,Black M, Murdoch A J, et al. Current Plant Science and Biotechnology in Agriculture,Basic and Applied Aspects of Seed Biology\[M\].Dordrecht:Kluwer Academic Publishers,1997：705713.

\[20\]张志良, 瞿伟菁. 植物生理学实验指导. 北京:高等教育出版社, 2000： 224225.

\[21\]Matsui T，Omasa K，Horie T.High temperature at flowering inhibits swelling of pollen grains，a driving force for thecae dehiscence in rice (Oryza sativa L.) .Plant Prod Sci，2000,(3):430434.

\[22\] Matsui T,Omasa K，Horie T.Mechanism of anther dehiscence in rice(Oryza sativa L.) .Ann Bot, 1999,84:501506.

\[23\]Yoshida S, Satake T, Mackill D J. High temperature stress in rice// IRRI Research Papers 67. Manila, Philippines: International Rice Research Institute, 1981.

\[24\]陈少裕. 膜脂过氧化对植物细胞的伤害. 植物生理学报, 1991, 27(2): 8490.

\[25\]王洪春. 植物逆境与生物膜结构功能的研究进展.植物生理学通讯， 1985（1）:6066.

\[26\]杨春祥, 李宪利，高东升，等. 低温胁迫对油桃花器官膜脂过氧化和保护酶活性的影响. 果树学报, 2005, 22(1):6971.

\[27\] Jinn T L, Chen Y M, Lin C Y. Characterization and physiological function of class.Ⅰ：Lowmolecularmassheat shock protein complex in soybean. Plant Physiol, 1995, 108: 693701.

\[28\]欧志英，林桂珠，彭长连. 超高产杂交水稻培矮64S/E32和两优培九剑叶对高温的响应．中国水稻科学， 2005， 19（3）： 249254.

\[29\] Matsui T，Kobayasi K，Kagata H， et al. Correlation between viability of pollination and length of basal dehiscence of the theca in rice under a HotandHumid condition. Plant Prod Sci， 2005， 8(2): 109114.

\[30\] 陶龙兴, 谈惠娟, 王熹, 等. 高温胁迫对国稻6 号开花结实习性的影响. 作物学报, 2008, 34(4): 669674.

\[31\] Jagadish S V K， Craufurd P Q， Wheeler T R. High temperature stress and spikelet fertility in rice. J Exp Bot， 2007， 58:16271635.

\[32\]Horie T， Matsui T， Nakagawa H， et al. Effect of elevated CO2 and global climate change on rice yield in Japan //Omasa K， Kai K， Taoda H， et al. Climate Change and Plants in east Aisa. Tokyo：SpringerVerlag，1996: 3956.

\[33\]Liao J L, Zhang H Y, Shao X L, et al. Identificantion for heat tolerance in backcross recombinant screening of backcross introgression lines with heat tolerance at milky stage in rice. Rice Sci, 2011, 18: 279286.

[1]	董立强, 杨铁鑫, 李睿, 商文奇, 马亮, 李跃东, 隋国民. 株行距配置对超高产田水稻产量及根系形态生理特性的影响[J]. 中国水稻科学, 2023, 37(4): 392-404.
[2]	王文霞, 陈丽明, 王海霞, 刘有清, 吴自明, 曾勇军, 谭雪明, 潘晓华, 石庆华, 曾研华. 淹水缓解直播早籼稻苗期低温冷害的生理特性研究[J]. 中国水稻科学, 2021, 35(2): 166-176.
[3]	杨晓龙, 程建平, 汪本福, 李阳, 张枝盛, 李进兰, 李萍. 灌浆期干旱胁迫对水稻生理性状和产量的影响[J]. 中国水稻科学, 2021, 35(1): 38-46.
[4]	张玉屏, 王军可, 王亚梁, 陈燕华, 朱德峰, 陈惠哲, 向镜, 张义凯, 刘小军, 朱艳, 曹卫星. 水稻淀粉合成对夜温变化的响应[J]. 中国水稻科学, 2020, 34(6): 525-538.
[5]	李可, 禹晴, 徐云姬, 杨建昌. 水稻叶片早衰突变体的农艺与生理性状研究进展[J]. 中国水稻科学, 2020, 34(2): 104-114.
[6]	王昌健, 陈龙, 代丽萍, 路雪丽, 贺金立, 杨龙, 胡江, 朱丽, 董国军, 张光恒, 高振宇, 任德勇, 陈光, 沈兰, 张强, 郭龙彪, 钱前, 曾大力. 水稻花器官发育基因DPS2的鉴定和精细定位[J]. 中国水稻科学, 2020, 34(2): 115-124.
[7]	廖莎, 谭雪明, 李木英, 胡凯, 潘晓华, 石庆华. 芸薹素内酯对稻草基质育秧水稻秧苗生理特性及栽后生长的影响[J]. 中国水稻科学, 2020, 34(2): 181-190.
[8]	陈苏, 谢建坤, 黄文新, 陈登云, 彭晓剑, 付学琴. 根际促生细菌对干旱胁迫下水稻生理特性的影响[J]. 中国水稻科学, 2018, 32(5): 485-492.
[9]	韩瑞才, 苏如奇, 万建林, 龙启樟, 曾勇军, 潘晓华, 石庆华, 吴自明. 高温胁迫下黄嘌呤脱氢酶基因超表达对水稻幼苗的保护作用[J]. 中国水稻科学, 2018, 32(4): 365-373.
[10]	朱宽宇1 展明飞1 陈静1 王志琴1 杨建昌1 赵步洪2,*. 不同氮肥水平下结实期灌溉方式对水稻弱势粒灌浆及产量的影响[J]. 中国水稻科学, 2018, 32(2): 155-168.
[11]	朱宽宇, 展明飞, 陈静, 王志琴, 杨建昌, 赵步洪. 不同氮肥水平下结实期灌溉方式对水稻弱势粒灌浆及产量的影响[J]. 中国水稻科学, 2018, 1(1): 155-168.
[12]	李应洪, 王海月, 严奉君, 李娜, 孙永健, 代邹, 谢华英, 马均. 剪根处理对不同秧龄杂交稻幼苗生长及生理特性的影响[J]. 中国水稻科学, 2016, 30(6): 626-636.
[13]	兰旭, 顾正栋, 丁艳菲, 王珂, 江琼, 朱诚. 花期高温胁迫对水稻颖花生理特性的影响[J]. 中国水稻科学, 2016, 30(6): 637-646.
[14]	刘霞, 唐设, 窦志, 李刚华, 刘正辉, 王绍华, 丁承强, 丁艳锋. 茉莉酸甲酯对武运粳24和宁粳3号灌浆早期高温胁迫生理特性的影响[J]. 中国水稻科学, 2016, 30(3): 291-303.
[15]	王亚梁, 张玉屏, 朱德峰, 向镜, 陈惠哲, 张义凯. 水稻器官形态和干物质积累对穗分化不同时期高温的响应[J]. 中国水稻科学, 2016, 30(2): 161-169.

抽穗开花期高温胁迫对水稻花药、花粉粒及柱头生理特性的影响

Effect of High Temperature Stress on Physiological Characteristics of Anther,Pollen and Stigma of Rice During Headingflowering Stage

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