随着全球气候变化和温度持续上升,热胁迫已经成为植物生长发育和农作物产量的关键因素。鹰嘴豆(Cicer arientinum)是一种富含蛋白质的重要豆类作物,也是一种热敏作物,已有研究表明,超过35°C的高温会抑制其生产力,特别是繁殖阶段的热胁迫会造成显著的产量损失。悉尼大学的科研人员利用田间温控实验箱研究了鹰嘴豆花粉和产量对原位热胁迫的响应以及它们在耐热育种材料筛选中的作用。本实验于连续两年的同一时期在同一地块种植鹰嘴豆耐热品种PBA Maiden和热敏感品种Kyabra,并在每年开花期为期2周的实验周期内设置对照组及3个处理组:1.环境室:扣置透明控温实验箱,控制箱内温度与室外一致;2.加热室:扣置透明控温实验箱,并设置箱内温度高于环境温度4℃以上;3. 开放室:仅在地块上部覆盖透明有机玻璃棚。本次实验期间内环境室和加热室的最高温度能够达到35℃,但持续时间不长,更多时间处于无热胁迫温度内。实验结果表明,尽管加热室温度较高,但温控时间并不足以引起显著的花粉不育,实验结束后的花粉活力仍大于78%;而植物高度和产量却可观察到明显的温室效应,环境室中的植物明显高于对照组和开放室;加热室的鹰嘴豆产量比环境室降低了9%-41%,开放室的产量比对照组降低11%-24%。
表1 处理区域的植物高度 (cm)
AC = 环境室,HC = 加热室,NC= 对照组,PO = 开放室
注:同一行中后跟同一字母的平均值在P<0.05组间无显著差异
表2 处理区域的平均产量(t/ha)
AC = 环境室,HC = 加热室,NC= 对照组,PO = 开放室
注:同一行中后跟同一字母的平均值在P<0.05组间无显著差异。
相较于温室盆栽实验,利用田间原位加热室进行的鹰嘴豆热胁迫响应研究,降低了光周期、降雨、蒸汽压、根系、温度等在某种程度上的限制,增加了实验的有效性,是筛选耐热型种质资源和研究植物生理反应的有用工具。但由于本次实验不同处理之间过多的温度变化(特别是低温),以及夜间的光呼吸,降低了实验得出与热胁迫相关的明确结论的能力,因此需在此次研究基础上进行改进,以确保热胁迫水平的可重复性,并确保加热和非加热室的夜间温度保持不变且高于5℃,同时因鹰嘴豆花期较长,也需要进一步调查验证鹰嘴豆对胁迫时间的响应。
本实验中鹰嘴豆花粉活力的评估由Ampha Z32花粉活力分析仪进行,该方法是一项相对较新的技术,可简单快速地评估不同温度条件下田间植物的花粉活力,应用于田间种子数量和产量影响的研究。
—— 原文 ——
Angela L. Pattison, Mohammad Nazim Uddin, et al. Use of in-situ field chambers to quantify the influence of heat stress in chickpea (Cicer arientinum). Field Crops Research. Volume 270, 2021, 108215.