揭秘水稻分蘖与开花的交互奥秘：日长介导机制及其对气候智能型农业的启示

《BMC Plant Biology》：Physiological factors influencing climate-smart agriculture: Daylength-mediated interaction between tillering and flowering in rice

为解决水稻分蘖与开花相互作用存在争议且不明晰的问题，研究人员开展了 “日长介导的水稻分蘖与开花相互作用” 研究。对‘Saenuri’和‘Odae’两个水稻品种进行短日（SD）和长日（LD）处理，结果表明日长影响分蘖与开花的关系，该研究为优化水稻种植策略提供依据。

　　在全球粮食体系里，水稻是超过半数人口的主粮，对保障全球粮食安全意义非凡。然而，稻田甲烷排放量大，成了温室气体累积的重要因素，这给水稻种植带来严峻的环境挑战。为了减少甲烷排放，推动气候智能型水稻生产，调整水稻的分蘖模式和开花时间成为关键策略。但一直以来，分蘖和开花之间的相互作用存在争议、尚未明确，不同研究得出的结论大相径庭。比如，有研究认为延迟开花会促进分蘖增加，可也有研究发现延迟开花会使分蘖减少。在这样的背景下，韩国农村振兴厅国立作物科学研究所（National Institute of Crop Science, Rural Development Administration）的研究人员开展了深入研究，相关成果发表于《BMC Plant Biology》。这项研究意义重大，它为优化水稻在不同光周期条件下的生长策略提供了理论依据，有助于推动气候智能型农业实践以及改进水稻育种计划。

研究人员采用了多种技术方法。首先是盆栽实验，在可控环境设施中设置日长和分蘖去除（TR）两个变量，每个变量有两个水平，即短日（SD）和长日（LD）、有或无分蘖去除处理，使用了‘Odae’和‘Saenuri’两个不同成熟时间的水稻品种。其次，通过测量植株高度、茎长、叶龄等指标分析水稻的生长发育情况。再者，运用 RNA 提取和基因表达分析技术，对相关基因的表达水平进行检测，以探究基因层面的调控机制。

研究结果如下：

1. 日长介导的分蘖去除对植株生长发育的影响：通过对不同日长条件下有分蘖和无分蘖植株的生长分析发现，长日条件下，TR 组植株最终高度（Hmax?）呈增加趋势，而短日条件下，‘Saenuri’品种 TR 组Hmax?降低，‘Odae’品种不变。在叶龄方面，两个品种 TR 组的最终叶龄（Lmax?）均高于对照组，且在不同日长下表现有差异。在分蘖数上，两个品种在短日条件下的最终分蘖数（Tmax?）低于长日条件。
2. 分蘖去除对抽穗响应和产量构成的影响：实验表明，短日条件下，TR 组抽穗天数（DTH）比对照组缩短；长日条件下则相反，TR 组 DTH 延长。在产量构成方面，每穗小穗数（SPP）受 TR 和日长影响显著，长日条件下 TR 组 SPP 大幅增加，‘Saenuri’品种尤为明显，而成熟谷粒比例在 TR 处理下略有下降，千粒重在各实验组间无显著差异。
3. 成花素和小穗形成相关基因的表达：研究分析了 Hd3a、OsMFT1 等基因的表达情况。短日条件下，TR 组 Hd3a 表达随时间增加且高于对照组；长日条件下，Hd3a 表达下降。OsMFT1 基因的表达趋势则与 Hd3a 相反，长日条件下，TR 组 OsMFT1 表达低于对照组，且其表达模式与 SPP 变化相关。

研究结论和讨论部分指出，日长在水稻分蘖和开花的相互作用中起着关键作用。短日条件下，去除分蘖会使 Hd3a 基因表达增加，从而加速主茎开花，导致抽穗提前；长日条件下，去除分蘖后 OsMFT1 基因表达变化，使得 SPP 显著增加，进而延迟开花。同时，研究还发现不同水稻品种在应对日长和分蘖去除处理时存在差异，这表明基因型可能影响水稻对光周期的响应。该研究明确了日长对分蘖和开花相互作用的影响，为制定基于日长的水稻育种和管理策略提供了新方向，有助于提高水稻对气候变化的适应性，优化其在不同环境中的生长时间，对推动气候智能型农业发展具有重要意义。