水稻恢复系耐淹性改良新突破：基于叶绿素荧光与形态响应揭示不同淹水时长下的幼苗耐受机制

《Discover Plants》：Unveiling submergence tolerance in improved restorer lines of rice (Oryza sativa L.) seedlings at varied durations: evaluation through chlorophyll fluorescence and morphological responses

本研究针对杂交水稻骨干恢复系KMR-3R对淹水胁迫高度敏感的问题，通过分子标记辅助回交育种将Swarna-Sub1的Sub1基因导入KMR-3R，系统评估了13个BC2F6株系在7天和14天淹水胁迫下的形态生理响应。研究发现TCP18、TCP15等株系表现出受限的茎秆伸长、稳定的PSII活性（Fv/Fm、Y(II)、ETR）及超高存活率，为洪水频发生态区培育耐淹杂交稻提供了优异种质资源。

　　

随着气候变化加剧，突发性洪水已成为威胁全球水稻生产的重大非生物胁迫因素。作为半水生作物，水稻虽能耐受短期淹水，但持续一周以上的完全淹没会导致大多数品种死亡，造成巨额产量损失。在杂交水稻领域，这一挑战尤为严峻——印度已推广的152个杂交稻品种均缺乏显著耐淹性，而主恢复系KMR-3R的淹水敏感性更成为限制瓶颈。如何通过遗传改良提升杂交稻苗期耐淹能力，成为保障洪泛区粮食安全的关键科学问题。

为破解这一难题，印度水稻研究所的Manasa等学者在《Discover Plants》发表研究，通过分子标记辅助回交育种将耐淹主效基因Sub1导入KMR-3R，并系统评估了13个回交自交系在不同淹水时长下的生理与形态适应性。研究首次揭示了一批兼具强耐淹性与恢复能力的新种质，为培育抗洪杂交稻提供了关键技术支撑。

研究采用分子标记辅助选择（MABB）技术，以Swarna-Sub1为供体、KMR-3R为轮回亲本，培育出13个BC₂F₆代回交自交系。通过人工水泥池模拟55厘米深淹水环境，对14日龄幼苗进行7天与14天胁迫处理，测定存活率、株高、叶绿素荧光参数（F_v/F_m、Y(II)、ETR、qP、qN）及叶绿素含量等指标，并结合标准评估系统（SES）进行表型鉴定。

3.1 表型筛选揭示耐淹性差异

通过SES评分发现，7天淹水后7个BILs表现出耐受性，14天时仍有6个株系保持耐受。耐淹供体Swarna-Sub1始终表现稳定，而KMR-3R在14天淹水后完全死亡，证实Sub1基因导入的必要性。

3.4 幼苗存活率

淹水时长显著影响存活率，14天淹水后平均存活率降至67.7%，远低于7天处理的95.5%。其中TCP15和TCP25在7天淹水后实现100%存活；14天淹水后TCP18、TCP28和TCP15存活率超越Swarna-Sub1，而KMR-3R全部死亡。这一结果凸显Sub1基因在延长耐淹周期中的核心作用。

3.5 株高与茎秆伸长

所有BILs淹水后株高均显著低于KMR-3R。TCP18在所有胁迫时段均保持低于Swarna-Sub1的株高，表明其具有更强的伸长抑制能力。茎秆伸长率随淹水时间延长而增加，14天时达27.18%。TCP18始终维持最低伸长率，而KMR-3R和TCP23采用“逃避策略”快速伸长，最终因碳水化合物耗竭而死亡。

3.7 叶绿素含量与荧光参数

淹水导致叶绿素含量与荧光参数普遍下降，但部分BILs表现优异。TCP26、TCP32等株系在14天淹水后保持较高叶绿素含量；TCP10（7天）和TCP26（14天）的Y(II)（实际光化学效率）高于亲本，表明其PSII光化学活性更强。TCP02和TCP26的qP（光化学淬灭系数）值领先，反映其光保护机制高效；TCP25等株系的qN（非光化学淬灭系数）值突出，说明能量耗散能力增强。F_v/F_m（PSII最大光化学效率）在TCP02等株系中稳定维持0.78以上，证实其光合机构受损较轻。

本研究通过多维度评估明确了Sub1基因导入对恢复系耐淹性的显著提升作用。TCP15、TCP18、TCP25等株系通过抑制茎秆伸长（静止策略）、维持光合机构稳定性及高效能量利用，实现在14天淹水胁迫下超高存活率。其叶绿素荧光参数动态揭示出PSII修复机制与氧化损伤防御系统的协同增强，为理解耐淹生理机制提供新视角。这些株系兼具Rf3/Rf4恢复基因与Sub1基因，首次实现了杂交稻耐淹性改良的突破，对洪水频发区水稻安全生产具有重大应用价值。