适度土壤干旱通过增强光温敏雄性不育水稻浆片中茉莉酸积累缓解高温诱导颖花开放障碍

针对高温胁迫导致光温敏雄性不育(PTGMS)水稻颖花开放障碍问题，扬州大学研究团队通过多年盆栽与大田试验，发现适度土壤干旱(MD)能显著提高浆片茉莉酸(JAs)含量，通过促进淀粉水解、上调水通道蛋白基因表达及增强抗氧化能力三重机制，有效缓解高温胁迫造成的杂交制种产量损失，为水稻抗逆栽培提供新策略。

　　

在全球气候变暖背景下，高温胁迫(HT)已成为制约杂交水稻制种的关键因素。光温敏雄性不育(PTGMS)水稻作为两系杂交稻的核心材料，其颖花开放过程对温度异常敏感，高温常导致浆片(水稻花器开闭的关键器官)功能紊乱，造成颖花开放障碍，严重影响杂交种子产量。传统灌溉方式在高温条件下往往适得其反，如何通过栽培调控提高PTGMS水稻抗高温能力，成为当前水稻育种领域亟待解决的难题。

扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省作物栽培生理重点实验室的研究团队在《Journal of Integrative Agriculture》发表的研究中，创新性地提出适度土壤干旱(MD)的调控策略。通过多年多环境试验(包括人工气候室盆栽和露天大田)，结合茉莉酸(JAs)缺陷突变体、转基因株系和外源JAs处理等遗传学手段，系统解析了MD缓解高温胁迫的生理分子机制。

关键技术方法包括：1) 设置正常温度(NT)与高温(HT)对比试验，配套充分灌溉(WW)与MD处理；2) 采用HPLC-MS测定浆片JAs含量；3) 通过qPCR分析水通道蛋白(PIPs)基因表达；4) 利用碘染色法观察淀粉分布；5) 构建OsAOC过表达/敲除株系验证JAs功能。

研究结果揭示：

1. JAs含量变化特征：HT-WW处理使浆片JAs含量降低42-58%，而HT-MD处理维持了接近NT水平的JAs积累，其中JA-Ile(茉莉酸-异亮氨酸结合体)含量与颖花开放度呈显著正相关(r=0.89)。

2. 淀粉代谢调控：MD促进浆片α-淀粉酶基因(RAmy3D)表达上调3.2倍，加速淀粉水解为可溶性糖，维持渗透压平衡。显微观察显示HT-MD处理浆片的淀粉粒分解程度显著高于HT-WW。

3. 水通道蛋白激活：MD特异性诱导PIP2;1和PIP2;5表达，其转录水平分别提高2.8和3.5倍，增强浆片细胞水势调节能力。酵母异源表达证实PIP2;5具有更高的水通道活性。

4. 抗氧化防御增强：HT-MD处理的浆片中SOD(超氧化物歧化酶)和CAT(过氧化氢酶)活性分别比HT-WW提高37%和29%，MDA(丙二醛)含量降低42%，有效缓解了氧化损伤。

5. 遗传验证：在JAs合成缺陷突变体aoc中，MD的缓解效应完全消失；而过表达OsAOC株系即使在不干旱条件下也表现出更强的耐HT能力，证实JAs是MD发挥保护作用的核心介质。

该研究首次阐明MD通过"JAs-淀粉代谢/水通道/抗氧化"协同网络维持浆片细胞稳态的分子机制，突破传统认为干旱加剧胁迫的认知局限。实践层面，在长江流域杂交稻制种基地的验证试验显示，MD处理使高温年份的种子产量提高21-28%，且节水达30%。理论层面，研究建立的"环境信号-激素网络-细胞功能-器官运动"调控模型，为作物抗逆栽培提供新范式。扬州大学团队提出的MD技术已被纳入江苏省水稻高温应急防控指南，为保障国家粮食安全提供重要技术支撑。