aBIOTECH | 澳大利亚周美学团队开发花粉耐热筛选新技术助力小麦耐热品种培育

随着气候变暖，小麦等粮食作物在高温环境下的产量面临挑战。尤其在开花授粉阶段，谷物类作物更容易受到热害胁迫，导致结实率下降。花粉的活力直接关系到作物的授粉成功与产量。小麦花粉对高温极为敏感，高温可导致花粉育性异常，花粉管生长受阻，最终影响授粉和籽粒形成。尽管现有一些筛选技术可以检测花粉的耐热性，但大多耗时长、操作复杂，且需要较大空间来完成耐热筛选。

近日，澳大利亚塔斯马尼亚大学农业研究所（TIA, UTAS）周美学团队在aBIOTECH 发表了题为“A high-throughput protocol for testing heat-stress tolerance in pollen” 的研究论文，开发出一种新的高通量花粉耐热筛选技术，能够快速、精准地筛选出具有耐热性的小麦花粉，为花粉耐热性筛选提供了重要的技术支持。

本研究创新性地利用梯度PCR技术，一次性测试不同温度下，花粉活力的表现，显著提高了筛选效率，可以在短短几个小时内评估大量花粉样本的耐热性，简化了传统繁琐的筛选流程。

图1 花粉耐热筛选的工作流程（Phase1：利用梯度PCR设置不同温度处理条件，基于液体培养基进行花粉培养；Phase2：显微镜下花粉活性及生长观察）

本研究通过这项新方法对小麦花粉进行了广泛测试。结果表明，在使用液态花粉培养基的基础上，小麦花粉发芽和花粉管生长在32.6℃下达到最佳状态。在这一温度下，花粉的发芽率最高，花粉管生长最为旺盛。作者表示：“梯度PCR技术的应用让我们可以同时测试多个温度，不仅加快了筛选进程，还让我们能够更加准确地锁定了热胁迫筛选温度”。

图2 花粉活性与花粉粒大小呈现正相关

尽管这项技术主要针对小麦进行开发，应用范围却远不止于此。研究团队进一步验证了该方法在大麦花粉筛选中的可行性，发现大麦的最佳发芽温度为27.2℃，略低于小麦。此外，研究还揭示了花粉粒大小与耐热性之间的密切联系，较大的花粉粒在高温条件下表现出更强的活力，并且具有较高的结实率。这表明该技术可以广泛应用于不同作物的耐热性筛选。此发现为未来育种计划提供了重要参考，有助于研究人员选出适应高温环境的作物品种。

随着气候变化日益加剧，粮食安全面临严峻挑战，培育耐高温作物已成为全球农业研究的重要方向。本研究开发的针对花粉耐热性的筛选技术为解决这一问题提供了新的思路和技术支持。作者表示：“这项技术为我们提供了相对简便且更高效的花粉耐热性筛选方法，有助于加速耐热性作物的育种进程，保障未来作物的稳定产量”。研究团队计划在更多作物中推广这一技术，推动其在全球农业生产中的应用，助力提升粮食作物的抗逆能力。

该研究得到了澳大利亚GRDC项目支持。塔斯马尼亚大学赵晨晨博士为论文第一作者，周美学教授为通讯作者，该团队也获得了西澳大学，西悉尼大学以及默多克大学的支持。

引用本文：

Zhao, C., Siddique, A.B., Guo, C. et al. A high-throughput protocol for testing heat-stress tolerance in pollen. aBIOTECH (2024). https://doi.org/10.1007/s42994-024-00183-3

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