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为探究水稻厌氧萌发（AG）与耐淹性关联，研究人员对 3 个具 AG 能力的非洲地方品种、1 个淹敏对照（IR42）及 2 个耐淹对照进行 29 天全淹处理，测定生存、光合特性及碳水化合物。发现 AG 品种均存活，但相关指标无基因型差异，其机制或与已知基因无关，为水稻抗逆育种提供新方向。
水稻作为全球重要粮食作物，虽喜湿却面临萌发期和幼苗期洪涝威胁。直接播种（直播）虽省工减碳，却因土壤缺氧导致种子难萌发，且幼苗易遭水淹致死。当前，水稻厌氧萌发（Anaerobic Germination, AG）与耐淹性（Submergence Tolerance）的关系尚不明确，尤其在气候变化加剧洪涝频发的背景下，解析两者关联对培育抗逆品种至关重要。
丹麦哥本哈根大学等机构的研究人员，以 3 个东非水稻地方品种（‘Kubwa jinga’‘Mpaka wa bibi’‘Wahiwahi’，前期筛选确认具 AG 能力）、淹敏对照‘IR42’、耐淹对照‘FR13A’和‘Ciherang-Sub1-AG1AG2’为材料，开展全淹处理实验，探究 AG 能力与幼苗期耐淹性的关系。研究发现，具 AG 能力的非洲品种在 29 天全淹后均存活，而淹敏对照‘IR42’死亡，但各基因型在叶气膜厚度、水下净光合、叶绿素及碳水化合物含量上无显著差异。该研究为揭示水稻抗逆新机制提供了线索，成果发表在《Rice》。
研究主要采用以下技术方法：
- 全淹处理与生存评估：将 5 周龄幼苗置于 20 L 容器，以 1:1 自来水与去离子水淹没，覆盖塑料膜防止植株 “snorkelling”（茎秆伸长露出水面），29 天后观察恢复情况，存活定义为再生长出新叶。
- 叶气膜厚度测定：采用浮力法，通过去除叶表疏水性前后的浮力差异计算气膜体积，结合叶面积得出厚度。
- 水下净光合作用测定：利用玻璃比色皿模拟淹水环境，测定叶片在不同光强下的氧气释放量，计算光合速率。
- 叶绿素含量（SPAD 值）与非结构性碳水化合物（水溶性糖、淀粉）分析：分别使用 SPAD 仪和酶解法测定相关指标。
研究结果
1. 全淹存活差异
- 结果：29 天全淹后，‘IR42’根茎交界处组织腐烂，无存活；3 个非洲 AG 品种及耐淹对照‘FR13A’‘Ciherang-Sub1-AG1AG2’均存活，其中非洲品种‘Mpaka wa bibi’存活率为 80%，其余为 100%。
- 结论：AG 能力与耐淹性存在正相关，但非洲品种的耐淹机制不同于已知含 SUB1 或 AG1 基因的品种。
2. 叶气膜与光合特性动态变化
- 叶气膜厚度：初始约 16.7 μm，3 天淹水后无显著变化，29 天全淹后所有基因型气膜完全消失，叶片转为亲水性。
- 水下净光合与叶绿素：随淹水时间延长，两者均显著下降，且基因型间无差异。水下净光合与 SPAD 值呈正相关（Spearman 系数 = 0.73, P<0.0003），表明叶绿素降解是光合下降的主因。
- 光响应曲线：水下光合速率仅为空气中的 9%-18%，暗呼吸速率显著降低，显示气体扩散受限影响光合效率。
3. 碳水化合物代谢
- 非结构性碳水化合物与淀粉：淹水 29 天后，所有基因型的水溶性糖和淀粉含量均显著下降至极低水平，但 AG 品种在 3 天淹水后淀粉积累较少，而淹敏对照‘FR13A’和‘IR42’出现短暂淀粉升高，可能与糖转运受阻有关。
- 相关性分析：水下净光合与碳水化合物含量呈正相关（Spearman 系数 = 0.85-0.75, P<0.0001），表明光合能力直接影响碳储备。
讨论与意义
传统亚洲水稻中，AG 由 AG1/AG2 基因调控，耐淹性依赖 SUB1 基因（通过静止策略保守碳水化合物）。但本研究中非洲 AG 品种不含 AG1，且 SUB1 基因存在与否未知，其耐淹性可能源于新机制。尽管叶气膜和光合参数未显示基因型差异，但非洲品种在长期淹水后仍能存活，暗示其可能通过茎鞘碳水化合物储备或分生组织耐缺氧能力维持生存。
研究首次证实 AG 能力与耐淹性存在表型关联，但机制独立于已知基因。这为挖掘非洲水稻遗传资源、拓宽抗逆基因库提供了方向，尤其在气候变化下，对改良直播稻品种、保障 flood-prone 地区粮食安全具有重要意义。未来需通过生物信息学分析鉴定相关新基因，并深入研究分生组织在淹水后的代谢调控机制。
