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Panicle Inclination Influences Pollination Stability and Floret Sterility in Rice (Oryza sativa L.)

Aung Win 岐阜大学

2020.03.31

概要

イネは自家受粉する作物であり、通常10時から12時頃の一時間程度の間に開花・受粉する。イネの葯は柱頭の直上に位置し、開花と同時に葯は裂開し重力による花粉の落下で受粉が完了する。このため、イネの受粉は、極端な環境条件でなければ安定していると考えられてきた。しかし、一方で、わずかな花器の形態の差異がイネの受粉の安定性や、受粉のストレス耐性に影響を及ぼすことが知られている。本研究では、わずかな穂の傾きがイネの受粉の安定性に大きく影響し不稔を引き起こすことを明らかにし、開花時にイネの穂が直立していることの重要性を示した。

第一の研究では、ポット栽培したイネを用いて孤立条件で穂の傾斜角度の違いが受粉に及ぼす影響を検討した。5葉期の斉一なIR72の苗を5000分の1アールのワグネルポットに円形に20本移植し、湛水状態で出穂期まで育成し材料とした。開花期のポットに、0°(コントロール)、15°、30°、45°の傾斜を与えた。開花終了後に花をサンプリングし、柱頭に付着した花粉数(受粉数)、柱頭上で発芽した花粉の数(発芽花粉数)を調査した。30°の傾斜では、柱頭上で発芽した花粉が10粒未満の花数の割合(GP10)に有意な影響が認められ、それぞれ、平均値で24%増加した。イネの受精には10粒以上の発芽した花粉が必要とされており、24%のGP10の増加は24%の稔実の低下に相当する。また、柱頭に付着した花粉の粒数が20未満の花数の割合(TP20)とGP10との間には強い正の相関関係が認められ、GP10の増加は、主としてTP20の増加によることがわかった。これらの結果から、イネの穂の30°以上の傾斜は、受粉を不安定化することで不稔を誘発し、収量に影響を及ぼすと考えられた。イネの花器の形態と受粉の仕組みに基づき、穂の傾きが受粉の安定性を損なう要因として、(1)葯室の傾きによる花粉粒に作用する重力の分散と花粉粒と葯壁との間に発生する摩擦力による花粉放出の阻害および遅れ、(2)葯の裂開と柱頭との水平距離の増加および仰角の低下、(3)傾斜による花糸にかかる回転モーメントの発生と、(1)の結果、花粉放出の遅れによりモーメントが増加することによるさらなる葯の裂開と柱頭との水平距離の増加および迎角の低下、の3点を仮説として示した。

第二の研究では、ポット栽培したイネを用いて、群落の条件がイネの穂の傾斜と受粉、花粉の発芽、稔実の関係にどのような影響を及ぼすかを検討した。5葉期の斉一なIR72の苗を5000分の1アールのワグネルポットに円形に20本移植し、湛水状態で出穂期まで育成し材料とした。実験1では、イネの群落内にポット栽培したイネの穂の高さおよび角度を調節するための台を設置し、高さの処理として群落上25cm、群落表面の高さの2段階、穂の角度処理として0°、30°の2段階の組み合わせについて4処理を施した。実験2では、同様の方法により、高さ処理として群落表面の高さ、群落の深部の2段階、穂の角度として0°、30°の2段階の組み合わせについて4処理を施した。30°の穂の傾斜により、実験1ではTP20、GP10および不稔率に21%、21%、10%、実験2では27%、30%および26%の増加がそれぞれ認められた。一方で、群落内の穂の位置の稔実への効果は有意ではなかった。本研究においても、TP20とGP10との間には強い性の相関関係が認められ、さらに、GP10と不稔率との間にも繰り返しを独立変量とする共分散分析により有意な正の相関関係が認められた。これらの結果から、群落状態でも30°程度の穂の傾きが受粉の不安定化を通じてイネの稔実に実質的な悪影響を与えることが示された。

以上の結果から、わずかなイネの穂の傾きが、受粉の不安定化を通じて稔実に影響を与えることが実験的に示された。イネの穂の傾きに直結する稈の着生角度には品種間差異がある。また、近年、中国などで超大穂による多収化が進められているが、大穂では開花中に穂が垂れはじめる。多肥により群落構造が悪化した場合にも穂は傾く。これらのことから、イネにおいて開花時の穂の直立は育種目標、栽培目標として重要である。また、冷温による不稔や高温不稔の直接の原因のひとつが受粉不良であることから、穂の直立は冷温耐性や高温耐性の向上にも有効であると考えられる。

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参考文献

(1) Baker, H. G. (1955). Self-compatibility and establishment after “long-distance” dispersal. Evolution, 9, 347–349.

(2) Barrett, S. C. (2002). Evolution of sex: the evolution of plant sexual diversity. Nat. Rev. Genet., 3, 274.

(3) Belaoussoff, S. and Shore, J.S. (1995). Floral correlates and fitness consequences of mating system variation in Turnera ulmifolia. Evolution 49, 545–556.

(4) Brys, R., and Jacquemyn, H. (2011). Variation in the functioning of autonomous selfpollination, pollinator services and floral traits in three Centaurium species. Ann. Bot., 107, 917–925.

(5) Cruz, R. P. D., Sperotto, R. A., Cargnelutti, D., Adamski, J. M., de FreitasTerra, T., and Fett, J. P. (2013). Avoiding damage and achieving cold tolerance in rice plants. Food Energy Secur., 2, 96-119.

(6) Darwin, C. (1876). The effects of cross and self-fertilization in the vegetable kingdom (pp. 356-414). London: Murray.

(7) Darwin, C. (1877). The different forms of flowers on plants of the same species (pp. 137-187). New York: D. Appleton & Co.

(8) Dey M. M., and Upadhyaya H. K., (1996) Yield loss due to drought, cold and submergence in Asia. In: Evenson RE, Herdt RW, Hossain M (eds) Rice research in Asia: progress and priorities. CAB International, Wallingford, pp 291–303

(9) Dong, H., Zhao, H., Xie, W., Han, Z., Li, G., Yao, W., Bai, X., Hu, Y., Guo, Z., Lu, K. and Yang, L. (2016). A novel tiller angle gene, TAC3, together with TAC1 and D2 largely determine the natural variation of tiller angle in rice cultivars. PLoS Genetics, 12, e1006412.

(10) Fægri, K., and Van der Pijl, L. (1979). The principle of pollination ecology (3rd revised ed.) (pp. 40). Oxford: Pergamon Press.

(11) FAO. (2013). Statistical Yearbook. Food and Agricultural Organization (pp. 634). Rome.

(12) FAO. (2014). Statistical Yearbook. Food and Agricultural Organization (pp. 634). Rome.

(13) Fu, J. H., Lei, L. G., Chen, L. B., and Qiu, G. Z. (2001). Wall ultrastructure and cytochemistry and the longevity of pollen of three grass species. Aust. J. Bot., 49, 771-776.

(14) Hasegawa, T., Kuwagata, T., Nishimori, M., Ishigooka, Y., Murakami, M., Yoshimoto, M., Kondo, M., Ishimaru, T., Sawano, S., Masaki, Y., and Matsuzaki, H. (2009, October). Recent warming trends and rice growth and yield in Japan. In : MARCO Symposium on Crop Production under Heat Stress: Monitoring, Impact Assessment and Adaptation. National Institute for Agro-Environmental Studies, Tsukuba, Japan.

(15) Heslop‐Harrison, J. (1979). An interpretation of the hydrodynamics of pollen. Am. J. Bot., 66, 737-743.

(16) Horie, T., Matsui, T., Nakagawa, H., and Omasa, K. (1996). Effects of elevated CO2 and global climate change on rice yield in Japan. In: Climate change and plants in East Asia (pp. 39-56). Springer, Tokyo.

(17) Horie, T., Yajima, M., and Nakagawa, H. (1992). Yield forecasting. Agric. Syst., 40, 211-236.

(18) Hoshikawa, K. (1993). Anthesis, fertilization and development of caryopsis. In: Matsuo T. Hoshikawa K. eds. Science of the Rice Plant: Vol. 1. morphology (pp. 339- 376). Tokyo: Food and Agriculture policy research center.

(19) Inoue K, Uchijima K, Horie T., and Iwakiri S. (1975). Study of energy and gas exchange within crop canopies (10), structure of turbulence in rice crop. J. Agric. Meteorol., 31, 71-82.

(20) Ishimaru, T., Hirabayashi, H., Kuwagata, T., Ogawa , T., and Kondo, M. (2012). The early-morning flowering trait of rice reduces spikelet sterility under windy and elevated temperature conditions at anthesis. Plant Prod. Sci., 15, 19–22

(21) Ishimaru, T., Xaiyalath, S., Nallathambi, J., Sathishraj, R., Yoshimoto, M., Phoudalay, L., Samson, B., Hasegawa, T., Hayashi, K., Arumugam, G. and Muthurajan, R., (2016). Quantifying rice spikelet sterility in potential heat-vulnerable regions: field surveys in Laos and southern India. Field Crops Res., 190, 3-9.

(22) Kalisz, S., Vogler, D. W., and Hanley, K. M. (2004). Context-dependent autonomous self-fertilization yields reproductive assurance and mixed mating. Nature, 430, 884- 887.

(23) Khatun, S., and Flowers, T.J. (1995). The estimation of pollen viability in rice. J. Exp. Bot., 46, 151–154.

(24) Kobayashi, K., Horisaki, A., Niikura, S., and Ohsawa, R. (2009). Floral morphology affects seed productivity through pollination efficiency in radish (Raphanus sativus L.). Euphytica, 168, 263-274.

(25) Kobayashi, K., Matsui, T., Murata, Y., and Yamamoto, M. (2011). Percentage of dehisced thecae and length of dehiscence control pollination stability of rice cultivars at higher temperatures. Plant Prod. Sci., 14, 89–95

(26) Koga, Y., Akihama, T., Fujimaki, H., and Yokoo, M. (1971). Studies on the Longevity of Pollen Grains of Rice, Oriza sativa L. Cytologia, 36, 104-110.

(27) Li, C.Y., Peng, C.H., Zhao, Q.B., Xie, P., and Chen, W. (2004). Characteristic analysis of the abnormal high temperature in 2003’s midsummer in Wuhan City. J. Central China Normal Univ. (Natur. Sci. Edition) 38, 379–381.

(28) Li, H., Zhang, X., Li, W., Xu, Z., & Xu, H. (2009). Lodging resistance in japonica rice varieties with different panicle types. Chin. J. Rice Sci., 23, 191-196

(29) Liu, J.X., Liao, D.Q., Oane, R., Estenor, L., Yang, X.E., Li, Z.C., and Bennett, J., (2006). Genetic variation in the sensitivity of anther dehiscence to drought stress in rice. Field Crops Res., 97, 87-100.

(30) Lloyd, D. G. (1965). Evolution of self-compatibility and racial differentiation in Leavenworthia (Cruciferae). Contributions from the Gray Herbarium of Harvard University, 195, 3-134.

(31) Luo, Y., and Widmer, A. (2013). Herkogamy and its effects on mating patterns in Arabidopsis thaliana. PLoS One, 8, e57902.

(32) Ma, J., Ma, W., Tian, Y., Yang, J., Zhou, K., & Zhu, Q. (2004). The culm lodging resistance of heavy panicle type of rice. Zuo wu xue bao, 30(2), 143-148.

(33) Matsui, T., and Kagata, H. (2003). Characteristics of floral organs related to reliable self-pollination in rice (Oryza sativa L.). Ann. Bot., 91, 473–477.

(34) Matsui, T., Kobayasi, K., Kagata, H., and Horie, T. (2005). Correlation between viability of pollination and length of basal dehiscence of the theca in rice under a hotand-humid condition. Plant Prod. Sci., 8, 109–114.

(35) Matsui, T., Kobayasi, K., Nakagawa, H., Yoshimoto, M., Hasegawa, T., Reinke, R., and Angus, J. (2014). Lower-than-expected floret sterility of rice under extremely hot conditions in a flood-irrigated field in New South Wales, Plant Prod. Sci. 17, 245―252

(36) Matsui T, Kobayasi K, Yoshimoto M., and Hasegawa T. (2007). Stability of rice pollination in the field under hot and dry conditions in the Riverina region of New South Wales, Australia. Plant Prod. Sci., 10, 57–63

(37) Matsui T., Kobayasi, K., Yoshimoto, M., Hasegawa, T., and Tian, X. (in press). Dependence of pollination and fertilization in rice (Oryza sativa L.) on floret height within the canopy. Field Crops Res., 249.

(38) Matsui, T., Omasa, K., and Horie, T. (1997). High temperature induced floret sterility of japonica rice at flowering in relation to air temperature, humidity and wind velocity conditions. Jpn. J. Crop Sci., 66, 449–455.

(39) Matsui, T., Omasa, K., and Horie, T. (1999). Mechanism of anther dehiscence in rice (Oryza sativa L.). Ann. of Bot., 84, 501–506.

(40) Matsui, T., Omasa, K., and Horie, T. (2000). High temperature at flowering inhibit swelling of the pollen grains, a driving force for thecae dehiscence in rice (Oryza sativa L.). Plant Prod. Sci., 3, 430–434

(41) Matsui, T., Omasa, K., and Horie, T. (2001). The difference in sterility due to high temperatures during the flowering period among Japonica-rice varieties. Plant Prod. Sci., 4, 90–93.

(42) Monteith J. L., and Unsworth M. H. (2008). Micrometeorology (i), Turbulent transfer, Profiles, and Fluxes. In: Principles of Environmental physics. Third edition. Burlington, MA, USA, Academic Press, 300-334.

(43) Morinaga, T., and Kuriyama, H. (1944). On the anthers of Oryza species. The Botanical Magazine, 58, 90-92. In Japanese

(44) Muller, H. (1883). The fertilisation of flowers (pp. 12-13). London, UK: Macmillan.

(45) Nishiyama, I., and Satake, T. (1981). High temperature damage in the rice plant. Jpn. J. Trop. Agr., 26, 19–25.

(46) Opedal, ØH., Albertsen, E., Armbruster, WS., Pérez-Barrales, R., Falahati-Anbaran, M., and Pélabon, C. (2016). Evolutionary consequences of ecological factors: pollinator reliability predicts mating-system traits of a perennial plant. Ecol. Lett., 19, 1486–1495.

(47) Peng, S., Khush, G. S., Virk, P., Tang, Q., and Zou, Y. (2008). Progress in ideotype breeding to increase rice yield potential. Field Crops Res., 108, 32-38.

(48) Rick, C.M., Fobes, J.F. and Holle, M. (1977). Genetic variation in Lycopersicon pimpinellifolium: evidence of evolutionary change in mating systems. Plant Syst. Evol., 127, 139–170.

(49) Rick, C.M., Holle, M. and Thorp, R.W. (1978) Rates of crosspollination in Lycopersicon pimpinellifolium: impact of genetic variation in floral characters. Plant Syst. Evol., 129, 31–44.

(50) Rollins, R. C. (1963). The evolution and systematics of Leavenworthia (Cruciferae). Contributions from the Gray Herbarium of Harvard University, (192), 3-98.

(51) Saitoh, K., Yonetani, K., Murota, T., and Kuroda, T. (2002). Effects of flag leaves and panicles on light interception and canopy photosynthesis in high-yielding rice cultivars. Plant Prod. Sci., 5, 275-280.

(52) Satake, T. (1972). Circular dense-culture of rice plants in pots: the purpose of obtaining many uniform panicles of main stems. Jpn. J. Crop Sci., 41, 361–362. In Japanese

(53) Satake, T., and Yoshida, S. (1978). High temperature-induced sterility in indica rice at flowering. Jpn. J. Crop Sci., 47, 6–17.

(54) Shibata, M., Sasaki, K., and Shimazaki, Y. (1970). Effects of air-temperature and water-temperature at each stage of the growth of lowland rice: I. Effect of airtemperature and water-temperature on the percentage of sterile grains. Jpn. J.Crop Sci., 39, 401–408. In Japanese with English summary

(55) Shimazaki, Y., Satake, T., Ito, N., Doi, Y., and Watanabe, K. (1964). Sterile spikelets in rice plants induced by low temperature during the booting stage. Research Bull. Hokkaido National Agricultural Experiment Station, 83, 1–9. In Japanese with English summary

(56) Shimizu, M., Tomita-Yokotani, K., Nakamura, T., and Yamashita, M. (2005). Tropism in azalea and lily flowers. Adv. Space Res., 36, 1298-1302.

(57) Song, Z. P., Lu, B. R., and Chen, J. K. (2001). A study of pollen viability and longevity in Oryza rufipogon, O. sativa, and their hybrids. Int. Rice Res. Notes (Philippines), 26, 31-32.

(58) Tian, X., Matsui, T., Li, S., Yoshimoto, M., Kobayasi, K., and Hasegawa, T. (2010). Heat-induced floret sterility of hybrid rice (Oryza sativa L.) cultivars under humid and low wind conditions in the field of Jianghan Basin, China. Plant Prod. Sci., 13, 243-251.

(59) Toräng, P., Vikström, L., Wunder, J., Wötzel, S., Coupland, G., and Agren, J. (2017). Evolution of the selfing syndrome: Anther orientation and herkogamy together determine reproductive assurance in a self-compatible plant. Evolution, 71, 2206– 2218.

(60) Valin, H., Sands, R.D., Van der Mensbrugghe, D., Nelson, G.C., Ahammad, H., Blanc, E., Bodirsky, B., Fujimori, S., Hasegawa, T., Havlik, P. and Heyhoe, E. (2014). The future of food demand: understanding differences in global economic models. Agric. Econ., 45, 51-67.

(61) Webb, C. J., and Lloyd, D.G. (1986). The avoidance of interference between the presentation of pollen and stigmas in angiosperms. II. Herkogamy. N. Z. J. Bot., 24, 163–178.

(62) Weerakoon, W. M. W., Maruyama, A., and Ohba, K. (2008). Impact of humidity on temperature-induced grain sterility in rice (Oryza sativa L). J. Agron. Crop Sci., 194, 135–140.

(63) Win, A., Tanaka, T. S. T., and Matsui, T. (2020). Panicle inclination influences pollination stability of rice (Oryza sativa L.). . Plant Prod. Sci., 23, 60-68.

(64) Yoshida, S. (1981). Fundamentals of rice crop science. Int. Rice Res. Inst.

(65) Yoshimoto, M., Oue, H., and Kobayashi, K. (2005). Energy balance and water use efficiency of rice canopies under free-air CO2 enrichment. Agr. Forest Meteorol., 133, 226-246.

(66) Zeng, Y., Zhang, Y., Xiang, J., Uphoff, N. T., Pan, X., and Zhu, D. (2017). Effects of Low Temperature Stress on Spikelet-Related Parameters during Anthesis in Indica– Japonica Hybrid Rice. Front. Plant Sci., 8, 1350.

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