摘要
近年来，随着全球气候变暖的发展，水稻的热害已成为现实生产的一大威胁。光合是水稻物质生产的基础，高温下光合作用是较易受到影响的生理过程。世界上不少研究尝试通过各种生物工程技术手段提高水稻的光合耐热潜力，从而实现未来水稻的高产稳产。本研究试图从现有水稻品种中挖掘出极端高温下的耐热品种，并阐明其光合作用耐高温的基本生理特征。为现实水稻生产中利用强耐热种质资源、高效选择与高温适应性相关的评价指标，为挖掘耐热候选基因和耐热育种提供理论依据。 本研究于2021年在长江大学农学院试验基地自然补光人工气候室进行。采用盆栽种植，水稻处理时期为营养盛期。试验设置梯级高温处理（日最高温38℃、40℃、42℃），以31℃为对照。从气体交换参数（Pn、Gs、Ci、Tr）、叶绿素荧光参数（Fv/Fm、Y(Ⅱ)、ETR、qP、NPQ）、光合关键酶（Rubisco、RCA）活性以及光合色素含量（Chl、Car）等方面测定典型耐/感品种的生理特征。在此基础上，测定了典型耐感品种在长期（30d）极端高温下的物质生产性能差异，以验证品种光合作用对高温反应的差异最后是否会体现在其物质生产的结果上。主要研究结果如下： 1.极端高温下，光合作用下降，耐性品种比感性品种对高温适应时间更长、胁迫反应速度更为迟钝。42℃处理1天，N22和SDWG005的净光合速率、气孔导度即明显高于绵恢10111.1%、17.9%和40.7%、33.8%；胞间二氧化碳浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）分别高于绵恢1019.1%、5.1%和10.7%、12.0%。差异均达显著水平（p＜0.05）。 2.极端高温下，耐性品种光系统Ⅱ（PSⅡ）反应中心受害程度低于感性品种。42℃处理1天，耐性品种N22、SDWG005的PSⅡ最大光化学量子产量（Fv/Fm）、实际光化学量子产量（YⅡ）、电子传递速率（ETR）显著（p＜0.05）即高于耐性品种感性品种绵恢101。随着处理时间的延长，42℃处理7天，耐性品种N22、SDWG005与感性品种绵恢101相比，仍能表现出较高的光合活性（qP）与光保护能力（NPQ）。 3.极端高温下，水稻叶片Rubisco、RCA活性均明显降低。但耐性品种的Rubisco和RCA活性显著高于感性品种。42℃处理处理5天，耐性品种N22和SDWG005的Rubisco酶活性分比绵恢101高48.9%和32.3%；RCA酶活性分别比绵恢101高28.0%和34.5%，差异均达显著水平（p＜0.05）。 4.极端高温下，光合色素含量降低，耐性品种的光合色素含量高于感性品种。42℃处理5天，耐性品种N22和SDWG005的叶绿素总含量显著高于感性品种绵恢10116.0%和21.2%；类胡萝卜素含量显著高于感性品种绵恢1018.2%和15.2%。 5.高温处理30天后，水稻的的干物质积累量与对照（31℃）相比，在38℃即显著降低（p＜0.05）。但耐性品种比感性品种具有更高的干物质生产。在42℃下，N22和SDWG005的的干物质积累量分别显著高于感性品种绵恢10153.5%和27%。 综上，耐性品种N22、SDWG005在极端高温下能保持比感性品种较稳定的光合速率和性能，进而获得更高的物质生产结果。从光合作用这一角度可以认为，水稻耐热的生理原因在于，高温下耐性品种具有更高的的气孔导度（gs）、光合活性（qP）和热耗散能力（NPQ）以及光合关键酶（Rubisco、RCA酶）活性和叶绿素、类胡萝卜素含量，可有效缓解高温产生的光抑制，减少光合系统的热损伤。
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