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在水稻拔节孕穗期，干旱胁迫影响植株生长和产量。研究人员针对高纬度地区水稻生长阶段重叠的情况，研究干旱胁迫对其光合作用和蔗糖代谢的影响。结果表明，干旱影响叶面积、光合参数及蔗糖代谢相关酶活性。该研究为提高作物抗旱性提供理论依据。
在全球气候多变的当下，干旱已成为作物减产的主要 “元凶”。水稻作为全球重要的粮食作物，对水资源的需求巨大。在中国，2016 年农业干旱受灾面积达 9872.7 千公顷，而生产 1 千克水稻种子需要 3000 - 5000 升水，远超玉米、小麦等作物。在高纬度地区，水稻生长季短，拔节孕穗期常常重叠，且花后灌浆时间紧、强度大，这使得强势粒和弱势粒的差异更为突出。以往研究多聚焦于灌浆期长的水稻品种，对于高纬度地区水稻在干旱胁迫下的生理变化研究较少。为了填补这一空白，东北农业大学的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Scientific Reports》上，为深入了解水稻应对干旱的机制提供了重要依据。
研究人员选用了两个典型的生长阶段重叠的粳稻品种 —— 松粳 6 号（SJ6）和东农 425（DN425）。在 2016 年水稻生长季，于哈尔滨阿城实验基地的防雨棚内进行实验。实验设置了轻度（-10 kPa）、中度（-25 kPa）、重度（-40 kPa）干旱胁迫处理，以 3 cm 深度灌溉为对照（0 kPa）。通过测定叶片的光合参数、颖花的蔗糖含量及相关酶活性等指标，探究干旱胁迫对水稻的影响。
干旱胁迫对拔节孕穗期叶片光合作用的影响
研究人员定期选取生长一致的植株，测定叶片的叶面积指数（LAI）、SPAD 值、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间 CO2浓度等。结果发现，轻度干旱胁迫 5 天后，两个品种的 LAI 无显著下降；中度和重度干旱胁迫下，LAI 显著降低，且重度干旱胁迫解除灌溉后，LAI 持续增加。叶片 SPAD 值方面，轻度和中度干旱胁迫下与对照无显著差异，重度干旱胁迫下显著降低，且中度干旱胁迫恢复灌溉后，SPAD 值下降明显。在光合参数上，干旱胁迫下净光合速率显著降低，重度干旱胁迫恢复灌溉后，DN425 的恢复能力强于 SJ6；蒸腾速率和气孔导度在干旱胁迫下下降，胞间 CO2浓度也显著降低，恢复灌溉后各处理逐渐恢复到对照水平。
水稻颖花蔗糖代谢对干旱胁迫的响应
研究人员定期采集颖花，测定蔗糖含量及蔗糖合酶（SuSase）、蔗糖磷酸合酶（SPS）、液泡转化酶（VIN）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）等酶的活性。结果显示，SJ6 轻度和中度干旱处理的颖花蔗糖含量在 D6 - D12 显著低于对照，DN425 轻度干旱处理前期无差异，后期显著降低，中度和重度干旱处理的颖花蔗糖含量在胁迫期高于对照。SuSase 活性在干旱胁迫下，强势粒 D15 达到最大值，早于对照；弱势粒活性下降，恢复灌溉后变化不同。SPS 活性在干旱胁迫下，强势粒和弱势粒均显著降低，恢复灌溉后仍低于对照。VIN 活性在颖花发育早期较高，参与幼穗形成，后期下降。AGPase 活性在灌浆后快速增加，中度和重度干旱胁迫下，弱势粒合成淀粉能力增强。
综合研究结果和讨论部分，干旱胁迫对水稻生长、生理和糖代谢产生了多方面影响。干旱导致 LAI 下降，影响叶片正常生长；对叶片 SPAD 值的影响因干旱程度和恢复灌溉情况而异，反映出干旱对叶绿素合成和叶片衰老的作用。干旱胁迫降低了光合参数，影响光合作用。在蔗糖代谢方面，VIN 参与幼穗形成，干旱胁迫降低了 SuSase 和 SPS 活性，且 SuSase 活性对颖花蔗糖含量影响显著。此外，中度和重度干旱胁迫下，弱势粒合成淀粉能力增强，以补偿强势粒因干旱导致的淀粉合成能力下降。这些研究结果为揭示水稻应对干旱的生理和代谢机制提供了重要线索，有助于制定提高作物抗旱性的策略，对保障全球粮食安全具有重要意义。
