摘要：近年来，随着全球气候变化的加剧，低温胁迫成为限制水稻产量的重要因素，尤其是在高纬度、高海拔地区，传统水稻品种难以适应寒冷气候。近日，湖南农业大学逆境生物学研究团队在期刊《Gene Reports》上在线发表了题为《Mechanisms underpinning
近年来，随着全球气候变化的加剧，低温胁迫成为限制水稻产量的重要因素，尤其是在高纬度、高海拔地区，传统水稻品种难以适应寒冷气候。近日，湖南农业大学逆境生物学研究团队在期刊《Gene Reports》上在线发表了题为《Mechanisms underpinning cold tolerance in indica hybrid rice: Insights for northern adaptation》的研究论文为这一难题提供了全新的解决方案。这项研究聚焦籼型杂交稻新品种“利优鱼翅”的耐低温生理、分子机制，揭示了其卓越的耐低温机制，不仅实现了籼稻从南方到北方的跨越式适应，还为北方稻作的高产育种开辟了新路径。
水稻主要分为籼稻和粳稻，籼稻对低温敏感，而粳稻则耐低温。在中国，水稻种植有着鲜明的地域分界线。传统上，籼稻主要分布于淮河流域以南（北纬33°以下）的温暖地带，而北方则以耐寒的粳稻为主。然而，随着农业现代化和粮食安全需求的提升，将高产的籼稻向北方推广成为科学家们追求的目标。利优鱼翅作为一种籼型杂交稻，由长沙利诚种业公司通过母本“瑞丰S”和父本“R1053”杂交育成，展现出了惊艳的北移适应性。从2021年至2023年，籼型杂交稻利优鱼翅在吉林和黑龙江等东北省份（北纬46°）的试种中表现出色，打破了籼稻种植的纬度限制。
1、籼稻“北移”的历史性突破
研究显示，利优鱼翅在哈尔滨的产量比当地主栽品种提高了16.5%，2023年在吉林更是达到12.35吨/公顷的高产纪录（图1）。这一突破不仅意味着籼稻可以“北上”扎根，更为北方寒冷地区的稻农带来了高产新选择，为我国粮食增产和农业多样化注入新的活力。
图1 杂交水稻利优鱼翅及其亲本品种的产量统计
那么，利优鱼翅为何能在低温环境下脱颖而出？研究团队从生理和遗传两个层面进行了深入剖析，揭示了其耐寒的“秘密武器”。
2. 生理优势：抵御氧化应激，保护细胞完整性
低温会诱导植物体内活性氧（ROS）的积累，导致细胞膜损伤甚至植株死亡。研究发现，利优鱼翅在冷胁迫下表现出超强的ROS清除能力，其氢 peroxide（H₂O₂）含量比母本瑞丰S低41.51%，丙二醛（MDA，一种氧化应激的生物标记物，也是细胞膜损失的标记物。）含量减少44.26%。通过DAB和NBT染色实验，利优鱼翅叶片上的ROS沉积显著少于母本，显示其细胞膜受损程度更低，存活率提高了35.37%（图2）。这种优异的抗氧化能力，使利优鱼翅能在低温中保持细胞完整性和更高的恢复能力。。
图2. 杂交稻利优鱼翅及其父母本在耐低温中的生理表现。
3. 遗传基础：关键耐寒基因的协同作用
研究通过基因组重测序和qRT-PCR分析，锁定了利优鱼翅耐低温的遗传基础。团队发现，利优鱼翅整合了多个关键耐寒基因的优良等位变异，包括GSTZ2、qCTB7、COG1和Ctb1（图3）。
GSTZ2和Ctb1：分别编码谷胱甘肽S-转移酶和参与蛋白质降解的调控因子，帮助清除ROS，减轻氧化损伤。利优鱼翅在冷胁迫下，这两个基因的表达量显著高于母本，表现出偏高亲杂种优势。
qCTB7：调控花药和花粉形态，确保低温下的生殖功能，其表达水平甚至超过父母本，呈现出高于双亲的杂种优势。
COG1：维持细胞膜稳定性，增强植株对寒冷的耐受性。
这些基因的协同作用，使利优鱼翅在遗传层面构建了强大的耐寒屏障，为其在北方寒冷环境下的生存和丰产提供了坚实支撑。
图3 杂交稻利优鱼翅耐寒性的分子机制。
4、实践价值：推动北方稻作革命
利优鱼翅的北移成功，打破了籼稻种植的传统地理限制，为东北等高纬度地区引入高产籼稻提供了可能性。这一突破不仅提升了当地粮食产量，还丰富了农业结构，带来了显著的经济效益。研究团队指出，利优鱼翅的遗传资源可作为育种材料，用于开发更多耐寒、高产的水稻品种，以应对气候变化和极端天气带来的挑战。
在全球气候变暖和极端天气频发的背景下，培育适应多种环境胁迫的水稻品种已成为农业研究的重点。利优鱼翅的成功只是一个起点。未来，科学家们将深入探索其耐寒基因的调控网络，挖掘更多潜在的耐逆境基因。同时，这一研究成果还可推广至其他作物，助力农业可持续发展。
从南方水乡到北方沃野，利优鱼翅以其卓越的耐低温能力和高产潜力，开创了籼稻“北上”的新篇章。这项研究不仅为水稻育种提供了新思路，也为我国粮食安全和农业现代化注入了新的活力。我们期待，这株小小的稻苗能在更广阔的土地上生根发芽，结出丰收的果实。
作者和基金项目
湖南农业大学硕士研究生学生张迪为该文第一作者。湖南农业大学刘次桃副教授，湖南女子学院段美娟研究员，杂交水稻全国重点实验室袁定阳研究员为该文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（32272050、U21A20208）、国家耐盐碱水稻技术创新中心（2022PT1005）和湖南省科技创新计划项目（2023NK1010、2024NK1010）的资助。
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来源：蜀韵红颜
