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近年來，全球變暖加劇，導致熱浪發生時間明顯提前，強度和頻率也在增加，這進一步引發了全球作物減產，尤其影響了玉米產量。因此，探究高溫在玉米不同發育階段的脅迫機制對制定針對性策略以減輕產量損失至關重要。然而，目前相關研究的熱脅迫處理多集中于開花期，且不同實驗在處理時長、發育階段的界定上也缺乏統一標準，難以系統評估各發育階段不同性狀的熱敏性及其對產量損失的具體貢獻。
近日，山東農業大學劉鵬教授團隊在The Crop Journal在線發表了題為“High temperature-induced male fertility impairment in maize pollen development stages”的研究論文。作者分析了不同耐熱型品種6個花粉發育關鍵時期雄穗育性相關性狀的熱敏感性及其對有效粒數（EGN）損失的貢獻，揭示了花粉發育不同時期高溫脅迫介導玉米雄穗育性損傷的機制，并提出了未來研究的關鍵性狀。
在花粉發育階段遭遇高溫脅迫時，鄭單958的有效粒數（EGN）損失率為2.4%~87.6%，先玉335為28.5%~97.3%，且損傷程度隨著接近開花期而加重。其中，小花分化期（V6）對高溫最敏感的性狀為每花藥花粉數，該性狀可解釋50.0%的EGN損失；減數分裂期（V9）最敏感的性狀是雄穗總小穗數，可解釋43.9%的EGN損失。在四分體期（V11），花粉萌發率是影響EGN的主要因素，在兩個品種中平均解釋了37.6%的EGN損失。而在小孢子發育期（V13~V15），花粉萌發率和散粉量的熱敏感性顯著高于其他性狀，分別解釋了26.9%~44.4%和36.6%~54.5%的EGN損失。鄭單958在單核期（V13）的授粉概率和先玉335在四分體–雙核期（V11~V15）的籽粒敗育率對高溫較為敏感，但對EGN損失的解釋力較小。該研究還發現，除了花藥開裂，異常花粉率（>40%）也是阻礙散粉的主要原因。同時，低活力花粉與籽粒流產率的升高有關。研究強調，為了提高高溫脅迫下玉米雄穗育性，育種工作應針對特定發育階段的關鍵性狀。在短期內，提高花粉發育質量對改善高溫脅迫下玉米雄穗育性至關重要。
圖1 高溫脅迫影響玉米雄性生育力的途徑
作者和基金項目
山東農業大學農學院在讀博士研究生賴華江為該文第一作者，劉鵬教授為通信作者，陳應龍教授為該研究提供了幫助和支持。該研究得到國家重點研發計劃( 2023YFD2303304)、國家自然科學基金（32572449）和山東省重點研發計劃（2022CXPT014-02）等項目資助。
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