《Ecological Genetics and Genomics》：Differential Response of Rice (
Oryza Sativa L.) Genotypes to Cold Tolerance in Western Ethiopia's Mid-Altitude Environments
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水稻幼苗期冷 tolerance研究：35个基因型在埃塞俄比亚中高海拔地区自然冷胁迫下的筛选。采用随机区组设计，夜间平均13°C，发现NERICA 4、Hiber等8个基因型表现出高 tolerance，其中4个基因型存活率>73%，发芽率66.6-82.3%。统计分析显示显著遗传差异，验证了SES系统可靠性，为抗逆育种提供资源。
Pichiah Gomathinayagam|Usman Mohammed Ali|B.C. Nandeshwar|Samuel Lema|Mehdi Rahimi
埃塞俄比亚沃尔莱加大学农业学院植物科学系，内凯姆特
摘要
寒冷胁迫对中高海拔地区的水稻生产构成了重大且日益增长的威胁，这一威胁因气候变异性而加剧。本研究在2019年埃塞俄比亚西部中高海拔地区的Meher季节，评估了35个不同水稻基因型在自然田间条件下的幼苗期耐寒性。采用随机完全区组设计（三次重复），将幼苗暴露在自然寒冷胁迫下，夜间平均温度为13°C，白天平均温度为26°C。播种后15天和30天，使用国际水稻研究所（IRRI）的标准评估系统（SES）对幼苗的存活情况和视觉损伤进行评估。方差分析确认了基因型间的显著差异（P<0.01），Tukey的HSD事后检验进一步区分了不同的耐寒组。八个基因型NERICA 4、Hiber、Abay、Chewaqa、Gambella、Akkavach、Irib和CO-51表现出显著的抗逆性，其SES得分最高（1分，表示非常耐寒），叶片呈深绿色。其中四个基因型（NERICA 4、Hiber、Abay和Chewaqa）的幼苗存活率超过73%，死亡率较低（3.3–6.9%），发芽率也较高（66.6–82.3%）。相比之下，MTU 7029和RGL 2537的耐寒性极差，幼苗死亡率高达100%。定量存活数据与定性SES得分之间的高度一致性验证了该筛选方法的可靠性。所鉴定的耐寒基因型，尤其是表现最好的四个基因型，为直接栽培或作为育种计划的亲本材料提供了宝贵的遗传资源，有助于提高水稻对气候的适应性。这些发现强调了本地适应性筛选的重要性，并为培育耐寒品种奠定了基础。
引言
水稻（Oryza sativa L.）是全球超过一半人口的主食作物，但其生产力受到非生物胁迫的严重限制，特别是在温带和高海拔地区，低温胁迫是一个主要限制因素[1]。气候变化通过增加异常寒冷事件的频率，加剧了这一挑战，干扰了关键生长阶段，威胁到了产量稳定性和粮食安全[2]。在撒哈拉以南非洲，大约7%的水稻种植区容易受到寒冷胁迫的影响，埃塞俄比亚等国家的高地地区产量显著下降[3]。埃塞俄比亚西部的West Shewa地区就是这种情况的典型代表，在那里，主要的Meher季节（6月至10月）的水稻种植期与不适宜的温度相吻合。夜间平均温度可降至13°C，低于水稻最佳发芽和幼苗建立所需的临界阈值[4]。这种温度重叠为扩大和保障埃塞俄比亚农业前景良好的中高海拔地区的水稻生产带来了根本性障碍。
水稻的寒冷敏感性源于其热带起源。长时间暴露在10–15°C以下的温度会损害细胞代谢，导致一系列症状，包括发芽不良、黄化、生长受阻，最终导致幼苗死亡[5]、[6]。幼苗期尤其脆弱，因为早期活力是作物成功建立和最终产量潜力的关键决定因素[7]。因此，培育具有更强耐寒性的水稻，特别是在幼苗期，是适应寒冷环境的关键目标。传统的表型鉴定方法，如使用国际水稻研究所的标准评估系统（SES）进行视觉评分，仍然是评估田间条件下耐寒性的可靠且广泛使用的方法[8]。通过此类筛选，已经鉴定出一些有前景的遗传资源，包括NERICA（非洲新水稻）品种，这些品种通过O. sativa和O. glaberrima之间的杂交获得了抗逆性[9]。
生态基因组学的最新进展强调了基因型与环境（G×E）相互作用在本地适应中的重要性[10]、[11]。识别能够抵抗特定区域胁迫（如埃塞俄比亚高地的慢性、中等程度寒冷胁迫）的遗传变异对于培育本地适应的品种至关重要。尽管已有筛选研究，但在埃塞俄比亚西部中高海拔地区普遍存在的自然寒冷胁迫条件下，使用标准化协议（如SES）系统评估多种水稻基因型方面仍存在不足。此外，将农艺表现数据与表型抗逆性得分结合起来，可以弥合遗传潜力与田间适应之间的差距，这是生态遗传学的核心关注点[12]。
因此，本研究旨在评估35个不同水稻基因型在埃塞俄比亚西部中高海拔地区自然寒冷胁迫下的差异反应。我们假设存在显著的基因型间耐寒性差异，某些基因型将表现出更强的抗逆性，表现为高发芽率、低幼苗死亡率和良好的SES得分。通过鉴定这些基因型，本研究旨在提供可直接用于栽培的候选品种以及育种计划的宝贵亲本材料。最终，这项工作有助于实现培育耐气候变异的水稻品种和增强埃塞俄比亚及类似农业生态系统中粮食安全的更广泛目标。
实验地点和气候条件
本研究于2019年主要种植季节（Meher，6月至10月）在Gambella Tarre研究地点进行。该地点位于埃塞俄比亚西部沃尔莱加地区的Anno Kebele，坐标约为北纬8°45'，东经37°45'，海拔1,850米。该地区具有亚热带高地气候特征。实验期间正值Meher季节的典型寒冷期，此时白天平均温度为
实验气候条件和诱导的寒冷胁迫
在整个实验期间（2019年6月至10月），试验地点的气候特征符合埃塞俄比亚西部West Shewa地区Meher季节的中高海拔特征（图1）。白天平均温度为26.4 ± 2.1°C（平均值±标准差），夜间最低温度经常降至12.8 ± 1.4°C的临界值。整体平均最低温度为13.3°C，这一温度足以导致热带起源的植物代谢活动和生长受阻
讨论
本研究成功揭示了35个水稻基因型在埃塞俄比亚中高海拔Meher季节自然中等低温胁迫下的广泛耐寒性差异。严谨的统计分析、客观的幼苗存活数据以及标准化的视觉表型鉴定相结合，提供了一个稳健的多性状评估框架。我们的发现不仅识别出了立即可用的遗传资源，还为理解生理机制提供了见解
结论
本研究在埃塞俄比亚西部中高海拔地区的生态相关条件下，对多种水稻基因型的耐寒性进行了全面的田间验证评估。我们发现了一个清晰的基因型层次结构，NERICA 4、Hiber、Chewaqa和Akkavach表现出最强的抗逆性，具有优异的幼苗存活能力和特征性的深绿色叶片，这是生理适应的结果。另外四个基因型（Abay、Gambella、Irib
伦理批准和参与同意
本研究使用的所有植物材料均按照国家和国际指南收集，包括遵守《濒危野生动植物种贸易公约》（CITES）和IUCN关于涉及濒危物种研究的政策声明。所研究的水稻基因型均未列入IUCN红色名录。水稻（Oryza sativa L.）基因型来自授权机构和农业研究站
临床试验
不适用。临床试验编号
不适用。出版同意
不适用。CRediT作者贡献声明
Mehdi Rahimi：撰写 – 审稿与编辑，正式分析。B. C. Nandeshwar：撰写 – 审稿与编辑，正式分析。Samuel Lema：撰写 – 审稿与编辑，正式分析。Pichiah Gomathinayagam：撰写 – 初稿撰写，调查，正式分析，数据管理。Usman Mohammed Ali：撰写 – 审稿与编辑，方法学设计，正式分析，数据管理
数据可用性
本研究生成和分析的数据集可应要求向相应作者索取。
利益冲突
作者声明没有利益冲突。
资助声明
沃尔莱加大学该项目由研究、社区参与和技术转让副校长办公室资助，授权函编号：Ref m.p. 154-354/132/41/26，日期为2012年10月4日（E.C）。利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。致谢
作者感谢沃尔莱加大学为该项目提供资金支持。同时，作者也衷心感谢NINT Agri Plc在土地、劳动力和资本方面的宝贵支持，这些对于研究的成功至关重要。最后，我们衷心感谢日本国际协力机构（JICA）的技术贡献，这对研究的顺利完成起到了关键作用。
