江西省早稻品种抽穗扬花期耐热性鉴定评价研究

在自然条件和人工温室模拟极端高温胁迫下对江西省生产上推广种植的37份早稻品种进行抽穗扬花期耐热性鉴定评价。以高温胁迫下结实率和结实率降低率为评价指标,对参试品种的耐热性进行综合评价。方差分析结果表明,杂交水稻组合间在自然条件和高温胁迫下结实率及结实率降低率接近显著水平,说明杂交水稻组合间耐热性存在一定的差异;而常规水稻品种间在自然条件和高温胁迫下结实率及结实率降低率差异不显著,说明常规水稻品种间耐热性的差异较小。2013年高温胁迫下平均最高气温(41.3℃)比2012年高0.9℃的情况下,杂交水稻平均结实率比2012年降低8.9%,而常规水稻平均结实率仅降低1.72%,常规水稻平均结实率的降低幅度明显低于杂交水稻;常规水稻品种的耐热性强于杂交水稻组合。2013年自然条件下最高气温(36.8℃)比2012年高1.3℃,但杂交水稻和常规水稻的平均结实率反而比2012年分别高5.6%和15.0%,这可能是由于2013年自然条件下相对湿度(81.4%)比2012年高(高14.4%)所致,说明气温高于适宜的生育温度时,相对湿度的增加有助于增强水稻品种的耐热性。五丰优623、陵两优611、株两优819、株两优312等4个杂交水稻组合和湘早籼7号、嘉育948、中早35、中早25等4个常规稻品种在高温胁迫下表现为较高的结实率且结实率降低率较低,认为可作为耐高温水稻品种在水稻生产和育种中加以利用。     

高温胁迫下华南茄子的耐热性表现及其鉴定指标的筛选

以6份茄子为材料研究了高温胁迫对幼苗热害指数、细胞膜相对电导率、脯氨酸含量的影响及其与田间自然鉴定结果的对应关系,结果表明,分段高温处理的热害指数和连续高温处理下的细胞膜电导率可以有效区分不同茄子材料幼苗的耐热性,且两者鉴定结果与田间鉴定结果基本一致,可作为茄子苗期室内快速鉴定的首选指标;脯氨酸含量变化没有规律,较难反映不同茄子幼苗间的耐热性差异;此外,对青枯病的抗性可以作为南方茄子耐热性综合评价的辅助指标.春季和秋季茄子开花、结果的比较研究表明,高温胁迫下坐果率、商品果率、果长、单果重和商品果产量有较大幅度下降,但不一定造成茄子正常花率的降低,果周径所受影响也较小.     

砧用南瓜品种资源耐热性鉴定及形态指标选择

高温是制约黄瓜生产的重要非生物胁迫因子之一。黄瓜(Cucumis sativus L.)嫁接苗能够有效缓解高温胁迫危害,但目前黄瓜嫁接砧木品种并不多。为此,本研究收集了国内外48份砧用南瓜种质,对萌发期和幼苗期进行高温处理(38℃和42℃),通过UPGMA聚类分析,鉴定其耐热性,并筛选适宜的形态指标。共测定了10个性状(发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、株高、茎粗、全株鲜重、全株干重、壮苗指数、热害指数)指标。结果表明,48份砧用南瓜种质耐热性在萌发期及幼苗期都可以分为4类。在2个时期皆表现出较耐高温的种质为日本绿霸和日本强力士;对高温敏感的种质有11份。种子相对发芽势、相对发芽指数、相对活力指数以及幼苗相对干重可作为砧用南瓜种质资源耐热性鉴定的可靠指标。     

植物耐热性及热激信号转导机制研究进展

随着温室效应的加剧,全球气候变暖已经成为现代农业生产体系所面临的严峻挑战．高温灾害性气候是影响作物产量的一种主要的非生物胁迫．因此,对于农作物生产而言,研究植物耐热信号转导机制不仅有重要的科学意义,而且有现实的紧迫性．最近几年,在阐明植物耐热信号转导机制的研究方面取得了很多重要的进展,这些进展涵盖植物高温胁迫的感受机制、热激转录因子和热激蛋白的表达调控、热激转录因子结合蛋白参与耐热性调控的分子机制等几个主要的方面．热胁迫影响细胞膜系统、RNA、蛋白质的稳定性,同时改变酶的活性和细胞骨架系统．当热胁迫来临时,植物的转录组会发生显著变化,所涉及的基因大约占基因组的2％．这些高温胁迫响应基因构成了热激响应网络,是植物抵御热胁迫的第一道防线．植物的耐热性分为基础耐热性和获得性耐热性．基础耐热性是植物固有的耐热性．获得性耐热性是温和的热驯化诱导的耐热性．获得性耐热性状的形成反映了植物在自然生长环境下适应高温胁迫的生理机制．     

高温、干旱及其互作对两个筋力小麦品种淀粉糊化特性的影响

以强筋和弱筋的两个代表性小麦品种为材料,采用盆栽与人工气候箱模拟的方法,研究了花后不同时期高温、干旱及其互作对籽粒淀粉糊化特性的影响。结果表明,高温和干旱均显著影响淀粉糊化特性,但两品种表现有所不同:高温胁迫使强筋小麦品种豫麦34的峰值黏度、最终黏度(除花后5 d外)、稀懈值(除花后15 d外)和反弹值显著增大;而弱筋小麦品种豫麦50低谷黏度和最终黏度显著下降,其峰值黏度、反弹值变化不明显,从不同时期看,花后15 d影响较大。干旱胁迫使豫麦34多数黏度参数增大;而使豫麦50峰值黏度、反弹值和稀懈值下降,其低谷黏度和最终黏度在灌浆前期和中期干旱胁迫下增大,后期干旱胁迫则明显下降。研究结果还表明,花后高温与干旱胁迫对小麦黏度参数的影响存在显著的互作效应。从F值大小看,互作对弱筋小麦品种豫麦50多数黏度参数影响较大,而对强筋小麦品种豫麦34淀粉黏度参数影响较小,反映了高温、干旱及其互作对小麦淀粉特性的影响存在着显著的基因型差异。     

不同棉花种质资源耐热性的田间鉴定

随着全球气候变暖,高温胁迫已经成为影响棉花产量的主要因素之一。中国棉花种植区,在7月和8月棉花花铃高峰期经常出现周期性极端高温胁迫,导致蕾铃脱落,降低了产量,因此棉花耐热性种质的筛选迫在眉睫。本试验在新疆吐鲁番自然高温条件下,调查200份不同棉花种质资源的脱落率、花粉活力、叶片萎蔫程度、花粉形态、不孕子率等田间性状。然后选择29份不同耐热性种质在河南安阳种植,调查30、35、40、45和50℃离体培养条件下的花粉萌发率。不同耐热性种质资源在自然高温条件下的鉴定指标和室内离体培养花粉萌发率存在着极显著的差异。而且不同鉴定指标间也存在着不同的相关性。结合田间调查结果和花粉离体培养萌发率,将29份种质划分为耐高温型、较耐高温型、高温较敏感型和高温敏感型种质,并初步确定了耐热性的鉴定指标。     

20个水稻引进资源的花药开裂及苗期耐热性评价

对20个从USDA引进的水稻资源进行了苗期耐热性鉴定和与开花期耐热性紧密相关的花药开裂性状测定。鉴定结果表明,20个资源苗期高温处理后恢复7 d的相对幼苗成活率为83.23%~100%,恢复10 d的相对幼苗成活率为68.18%~100%。其中N22、AD-1140、IR 9403-3-1-1和IR 4427-51-6-3具有较强的苗期耐热性。引进资源的花药基部开裂长度为234.9~559.0μm,花药总长度为1570.0~2351.7μm,其中IR 2006-p-P12-12-3-2和N22的花药基部开裂长度分别最短和最长。20个资源的花药基部开裂长度和高温胁迫后恢复7 d及10 d的相对幼苗成活率之间均存在极显著正相关,花药长度和高温胁迫后恢复7 d及10 d的相对幼苗成活率没有相关性。系谱分析表明,部分引进资源间具有较近的亲缘关系。花药基部开裂长度作为水稻耐热性的评价指标还需要进行进一步的深入研究。     

温度对小麦碳氮代谢、产量及品质影响

 摘 要 环境温度的变化影响植物的碳氮代谢过程,从而改变植物的生长发育。综述了小麦光合产物形成、叶片蔗糖合成、茎鞘中非结构碳水化合物合成与降解、籽粒淀粉合成的一般规律及其在不同温度条件下所发生的变化,指出了小麦灌浆期温度超过30 ℃后粒重和产量将会降低。小麦品质主要由胚乳中面筋蛋白的特性决定,从小麦籽粒蛋白质形成、含量、组分等方面分析了其与灌浆期温度的关系,根据面筋蛋白特性的变化,认为高温胁迫对小麦烘烤品质会产生不利影响。同时全球气候变暖可能加重小麦灌浆期的高温危害,提出了今后相关研究中将要出现的3个热点问题：1）CO2浓度升高和温度升高协同作用对小麦产量和品质的影响,2）小麦耐热性的生理机制及其栽培调控措施,3）筛选小麦耐热基因及选育耐热新品种。     

不同棉花种质资源耐热性鉴定

随着全球气候变暖,高温胁迫已经成为影响棉花产量的主要因素之一.中国棉花种植区,在7月和8月棉花花铃高峰期经常出现周期性极端高温胁迫,导致蕾铃脱落,降低了产量,因此棉花耐热性种质的筛选迫在眉睫.本试验在新疆吐鲁番自然高温条件下,调查200份不同棉花种质资源的脱落率、花粉活力、叶片萎蔫程度、花粉形态、不孕子率等田间性状.然后选择29份不同耐热性种质在河南安阳种植,调查30、35、40、45和50℃离体培养条件下的花粉萌发率.不同耐热性种质资源在自然高温条件下的鉴定指标和室内离体培养花粉萌发率存在着极显著的差异.而且不同鉴定指标间也存在着不同的相关性.结合田间调查结果和花粉离体培养萌发率,将29份种质划分为耐高温型、较耐高温型、高温较敏感型和高温敏感型种质,并初步确定了耐热性的鉴定指标.     

外源水杨酸预处理对高温胁迫下白菜耐热性和光合特性的影响

采用叶片喷施水杨酸（SA）的方法,研究高温胁迫下外源SA预处理对‘夏帝’和‘苏州青’2个白菜品种耐热性和光合特性的影响。结果表明：SA预处理降低了高温胁迫下白菜叶片的电解质渗透率、MDA和脯氨酸含量以及净光合速率（R）,从而缓解高温对质膜的过氧化伤害,并且通过提高可溶性糖和可溶性蛋白含量、SOD和POD活性来适应高温环境;然而SA预处理对气孔导度（GS）和蒸腾速率（功的影响在2个品种中变化相反,而对胞间CO2浓度（G）的影响差异不大。与耐热性较强的白菜品种‘夏帝’相比,耐热性较弱的品种‘苏州青’经SA预处理对缓解高温胁迫的影响效果更为明显。     

Heat Stress in Wheat during Reproductive and Grain-Filling Phases

Ambient temperatures have increased since the beginning of the century and are predicted to continue rising under climate change. Such increases in temperature can cause heat stress: a severe threat to wheat production in many countries, particularly when it occurs during reproductive and grain-filling phases. Heat stress reduces plant photosynthetic capacity through metabolic limitations and oxidative damage to chloroplasts, with concomitant reductions in dry matter accumulation and grain yield. Genotypes expressing heat shock proteins are better able to withstand heat stress as they protect proteins from heat-induced damage. Heat tolerance can be improved by selecting and developing wheat genotypes with heat resistance. Wheat pre-breeding and breeding may be based on secondary traits like membrane stability, photosynthetic rate and grain weight under heat stress. Nonetheless, improvement in grain yield under heat stress implies selecting genotypes for grain size and rate of grain filling. Integrating physiological and biotechnological tools with conventional breeding techniques will help to develop wheat varieties with better grain yield under heat stress during reproductive and grain-filling phases. This review discusses the impact of heat stress during reproductive and grain-filling stages of wheat on grain yield and suggests strategies to improve heat stress tolerance in wheat.     

新疆自然高温环境下玉米自交系开花期耐热性鉴定与评价

在新疆夏季自然高温环境下,以田间玉米空秆率、果穗结实率、相对结实率为主要评价指标,综合籽粒产量与穗部性状,对26份国内外玉米骨干自交系连续2年进行耐热性鉴定与评价,结合新疆当地高温干燥的气候特点,建立一套适宜玉米种质资源大田耐热性的鉴定、评价体系,为中国玉米耐热种质资源的遗传改良和新品种选育提供参考。结果表明:(1)不同基因型玉米自交系空秆率、果穗结穗率、相对结实率和耐热性差异较大,其中GW5F、GW4F、GW7F和PH6WC耐热性最强,在高温胁迫下空秆率最低,果穗结实率与相对结实率最高;其次为PHBA6、新自351等8份自交系,在高温胁迫下籽粒产量及综合表现较好;其余自交系对高温均表现敏感。(2)高温胁迫导致玉米穗部性状严重衰退,其中的穗重、穗行数和行粒数所受影响最大。(3)在年份或材料之间,玉米自交系籽粒产量与其主要农艺性状相关性差异较大,并以果穗重与籽粒产量相关性最高。(4)以相对结实率为主要指标通过层次聚类可将参试材料分为两大群,耐热性最强的GW5F、PH6WC、GW4M聚为第Ⅰ群,其余自交系聚为第Ⅱ群;第Ⅱ群中‘吉63’、Mo17等6份自交系可聚为第1亚群,PHBA6、LH82等6份自交系聚为第2亚群,郑58、新农育6390M等11份自交系聚为第3亚群。综合分析来看,该研究中表现极耐高温的4份自交系均为国外优异种质,可用于玉米耐高温基础研究和遗传改良;表现较强耐热性的8份品系多来自于新疆本地选育的材料,其遗传基础较为广泛,适应当地的高温环境,也是优异的耐热育种资源。     

Rice yield formation under high day and night temperatures—A prerequisite to ensure future food security

Increasing temperatures resulting from climate change dramatically impact rice crop production in Asia. Depending on the specific stage of rice development, heat stress reduces tiller/panicle number, decreases grain number per plant and lower grain weight, thus negatively impacting yield formation. Hence improving rice crop tolerance to heat stress in terms of sustaining yield stability under high day temperature (HDT), high night temperature (HNT), or combined high day and night temperature (HDNT) will bolster future food security. In this review article, we highlight the phenological alterations caused by heat and the underlying molecular-physiological and genetic mechanisms operating under different types of heat conditions (HDT, HNT, and HDNT) to understand heat tolerance. Based on our synthesis of HDT, HNT, and HDNT effects on rice yield components, we outline future breeding strategies to contribute to sustained food security under climate change.     

热胁迫对双孢蘑菇抗氧化酶及热激蛋白基因的差异表达的影响

抗氧化酶和热激蛋白是双孢蘑菇Agaricus bisporus抵御逆境胁迫的重要蛋白,高温胁迫下菌丝会通过二者基因的差异表达来减少对自身的损伤。通过对双孢蘑菇菌丝进行40℃热胁迫处理0-120min后发现,随着热胁迫时间延长,菌丝生长速度降低、气生菌丝增多和菌丝分叉明显。转录组分析抗氧化酶和热激蛋白基因差异表达发现,在热胁迫30-60min时抗氧化酶基因gpx、ppo3和cat3与热激蛋白基因hsp、hsp70-1和hsp70-17上调表达明显,而在90-120min时抗氧化酶基因ppo1、ppo2和cat2与热激蛋白基因hsp16、hsp70-14、hsp70-3和hsp70-16上调表达明显。跟踪抗氧化酶活性发现,热胁迫能激活过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）,使酶活性提高2-3倍;同时热胁迫降低了超氧化物歧化酶（SOD）酶活性,而对多酚氧化酶（PPO）影响不明显。此外,研究还发现热胁迫能使双孢蘑菇积累更多的超氧阴离子氧化自由基（O ^2-）,从而对菌丝造成损伤。因此,双孢蘑菇在热胁迫过程中可以通过启动不同的抗氧化酶和热激蛋白基因表达来抵御高温胁迫对菌丝造成的损伤,其中CAT和POD可能起到主要清除氧化自由基的作用,对双孢蘑菇耐高温基因的初步研究为选育耐高温品种奠定基础。     

苹果蠹蛾热激蛋白Hsp90基因的克隆及热胁迫下的表达分析

世界检疫性害虫苹果蠹蛾Cydia pomonella是一种温度耐受可塑性很高的物种。本研究针对温度波动可能导致其耐热性增强的科学问题, 采用生测法鉴定了苹果蠹蛾实验种群的高温耐受阈值, 采用同源克隆、 RACE和实时荧光定量PCR (RT-qPCR)等方法研究了苹果蠹蛾热激蛋白Hsp90基因的应激表达对耐热性的重要作用。高温耐受阈值研究结果表明, 苹果蠹蛾实验种群的死亡率随温度的升高和时间的延长显著性升高, 1-5龄幼虫分别经50℃和52℃高温处理2, 5和10 min后, 3龄幼虫耐热性最差, 5龄幼虫最强。50℃和52℃分别处理10 min和5 min均可导致1-4龄幼虫全部死亡, 而5龄幼虫在这两种处理下仍有25.0%和11.1%的存活率。以35℃处理的5龄雌幼虫为材料克隆苹果蠹蛾Hsp90基因全长cDNA, 结果显示该基因全长为2 470 bp, 完整开放阅读框为2 148 bp, 共编码716个氨基酸, 预测分子量为82.07 kDa, 命名为Cphsp90 (GenBank登录号JN624775)。该基因编码的氨基酸序列与亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis和甘蓝夜蛾Mamestra brassicae等昆虫的Hsp90的氨基酸序列一致性高达96%, 表明了Hsp90家族的保守特性。Cphsp90 mRNA的相对表达量在32~44℃高温胁迫下随温度的升高而显著增高, 证实Cphsp90是诱导型热激基因, 且mRNA相对表达量与胁迫程度正相关。Cphsp90基因的表达还具有组织特异性, 35℃处理幼虫的表皮中Cphsp90相对表达量显著高于血淋巴、 脂肪体和中肠, 应激响应最为活跃。与未经温热预处理的昆虫相比, 35℃温热预处理3 h后的5龄幼虫在40, 45和50℃更高的温度胁迫下, Cphsp90 mRNA达到最高表达量所需要的胁迫温度有所提升, 由未经预热处理的40℃处理10 min提高到45℃处理10 min, 这与温热预处理会增强5龄幼虫耐热性的现象相符, 表明Cphsp90基因的响应表达在苹果蠹蛾耐热性及其可塑性过程中发挥重要的作用。     

Insect responses to heat: physiological mechanisms,evolution and ecological implications in a warming world

Surviving changing climate conditions is particularly difficult for organisms such as insects that depend on environmental temperature to regulate their physiological functions. Insects are extremely threatened by global warming, since many do not have enough physiological tolerance even to survive continuous exposure to the current maximum temperatures experienced in their habitats. Here, we review literature on the physiological mechanisms that regulate responses to heat and provide heat tolerance in insects: (i) neuronal mechanisms to detect and respond to heat; (ii) metabolic responses to heat; (iii) thermoregulation; (iv) stress responses to tolerate heat; and (v) hormones that coordinate developmental and behavioural responses at warm temperatures. Our review shows that, apart from the stress response mediated by heat shock proteins, the physiological mechanisms of heat tolerance in insects remain poorly studied. Based on life‐history theory, we discuss the costs of heat tolerance and the potential evolutionary mechanisms driving insect adaptations to high temperatures. Some insects may deal with ongoing global warming by the joint action of phenotypic plasticity and genetic adaptation. Plastic responses are limited and may not be by themselves enough to withstand ongoing warming trends. Although the evidence is still scarce and deserves further research in different insect taxa, genetic adaptation to high temperatures may result from rapid evolution. Finally, we emphasize the importance of incorporating physiological information for modelling species distributions and ecological interactions under global warming scenarios. This review identifies several open questions to improve our understanding of how insects respond physiologically to heat and the evolutionary and ecological consequences of those responses. Further lines of research are suggested at the species, order and class levels, with experimental and analytical approaches such as artificial selection, quantitative genetics and comparative analyses.     

水稻资源开花期耐热性的全基因组关联分析

水稻在开花期对高温非常敏感,挖掘耐热种质并解析耐热性的遗传机制,有助于水稻的耐热性遗传改良。本研究选取205份国内外种质资源,在抽穗开花期对遇高温的稻穗进行标记,以高温下标记穗的结实率作为耐热指标,结合高密度SNP标记进行全基因组关联分析并初步预测候选基因。结果表明:不同水稻种质的耐热性差异明显,高温下的结实率最低为19.0%,平均值为64.0%,中位值为65.9%,最高值为86.6%,其中06-32、剪刀齐、娄早籼5号等17份种质的耐热性较强;全基因组关联分析共筛选到130个与耐热性显著关联的SNP标记,并鉴定到18个耐热QTL,其中6个QTL与已报道的耐热相关QTL共定位;qHT4-6与耐热性的关联度最高,根据该区间lead SNP的单倍型分类,G单倍型材料的开花期耐热性显著强于A单倍型材料,该区间附近有7个基因可能受高温调控。     

抽穗扬花期高温胁迫对水稻主要品质指标的影响

高温热害对水稻生产造成了巨大的损失。利用国际水稻研究所耐热圃材料,在抽穗扬花期进行高温处理,研究了该时期高温胁迫对水稻主要品质评价指标的影响,结果如下：水稻耐热圃材料的耐热性有较大的差别,依然存在高温相对敏感材料;抽穗扬花期高温胁迫对水稻主要品质评价指标影响较大;高温胁迫对水稻籽粒的透明度、长宽比、垩白率、糊化温度和蛋白质含量等品质指标与品种的耐热性相关关系不大;高温胁迫下直链淀粉含量变化与品种耐热系数表现出显著的正相关关系（r=0.659 78）;高温胁迫下胶稠度变化与不同水稻品种的耐热系数呈显著的负相关关系（r=-0.516 70）。