摘要
水稻是全球最重要的粮食作物，维持着世界上半数人口的生存。近年来随着全球气候的不断变化，高温胁迫严重影响了水稻生长发育和产量形成，给世界粮食安全带来了严重的危害。因此，分析新的耐热种质资源的耐热机理对水稻品种改良非常重要。本研究通过生理生化变化分析，探究4个不同抗感水稻品种在叶片光合特性、花粉活力、授粉特性以及抗氧化酶活性等方面表现出不同的响应热胁迫特性；进一步通过转录组分析来表明高温敏感型品种MH101和耐热性品种SDWG005两种种质的区别，明晰抗性品种具有更高耐热性的原因，为培育具有优良抗高温的水稻品种提供参考依据；最后通过比较8个不同水稻品种中总黄酮和木质素含量及其与结实率和花粉活力的相关性，探究黄酮与木质素对高温胁迫的响应。主要研究结果包括： （1）高温胁迫对不同抗感品种的光合作用过程产生了较大的影响，高温胁迫下基于气孔限制性光合障碍的发生在GLA15中表现非常显著，其主要特征是随着气孔导度（Gs）的下降，净光合速率（Pn）下降，胞内二氧化碳浓度（Ci）下降，蒸腾速率（Tr）下降。随高温胁迫时间的延长，GLA15的净光合速率显著高于MH101。另外，高温胁迫下SDWG005和MH101的氧敏感性均有所升高，SDWG005相对更高。通过比较不同水稻抗感品种的PIB曲线发现，高温胁迫下SDWG005的CO2的猝发显著强于MH101，表明高温胁迫下SDWG005的光呼吸较强。这些结果暗示了高温胁迫会导致植物光合能力的下降，但植株自身会通过其特异响应机制减缓高温胁迫带来的伤害。高温胁迫显著降低了不同抗感水稻品种的花粉活力、花药开裂程度、柱头授粉数以及结实率，其中高温敏感型水稻MH101受到的影响更大。高温胁迫显著降低了敏感型水稻品种MH101叶片中各种抗氧化酶（SOD、POD、APX）的活性。 （2）转录组学测序后通过聚类分析发现SDWG005高温下能够维持代谢过程的稳态平衡是其具有较强耐热性的重要原因。通过GO和KEGG通路富集分析，发现SDWG005中的耐热机制与细胞活动的重新编程有关，例如对非生物胁迫和代谢重组的反应。相反的MH101中下调的基因似乎是参与DNA复制和DNA修复校对，这使得减数分裂期遭遇高温时生殖发育造成了严重伤害。此外，我们确定了77个与木质素生物合成途径相关的差异表达基因（DEG）和11个与类黄酮生物合成途径DEGs。另外，我们发现在高温胁迫下SDWG005比MH101幼穗中有更多的木质素沉积和类黄酮积累。结果表明，木质素和类黄酮的生物合成途径可能在减数分裂过程中对水稻的耐热性起重要作用。 （3）高温胁迫下不同水稻品种中木质素和总黄酮含量均有不同程度升高，且与结实率呈现正相关。这一结果表明，木质素和黄酮含量增加可能会增强水稻的抗高温能力。
NETL