分蘖期冷水胁迫对寒地粳稻根系生理特性及产量的影响

试验以东农428和松粳10为供试材料,于2018年在东北农业大学阿城实验实习基地开展分蘖期不同天数(0、5、10、15 d)冷水灌溉处理试验,分析分蘖期冷水灌溉对寒地粳稻根系活力、抗氧化系统、渗透调节物质含量、内源激素含量及产量的影响。结果表明,分蘖期冷水灌溉下,寒地粳稻根系SOD、POD、CAT活性和脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量与正常灌溉相比均显著升高,增幅随冷水灌溉时间延长而上升,东农428增幅大于松粳10,但松粳10的O_2~-、H_2O_2和MDA含量增幅大于东农428。冷水灌溉下,两个品种根系内源激素IAA、GA3、ZR含量随冷水胁迫时间延长呈下降趋势,但ABA含量随冷水灌溉时间延长而升高。分蘖期冷水灌溉下,寒地粳稻产量随冷水灌溉天数增加显著下降,松粳10比东农428下降幅度大。     

水杨酸对孕穗期低温胁迫寒地粳稻颖花形成的影响

为探讨外源水杨酸(Salicylic acid,SA)对孕穗期低温胁迫寒地粳稻颖花形成的影响,丰富寒地粳稻化控抗寒研究,试验以耐冷品种东农428和冷敏感品种松粳10号为供试材料,设置5个SA浓度(0.25、0.50、1.00、2.00和4.00 mmol·L~(-1)),设置低温清水对照(Cold)与常温清水对照(CK),分析外源SA对孕穗期低温胁迫寒地粳稻颖花形成、干物质积累及产量的影响。结果表明,与CK处理相比,低温胁迫下水稻产量及产量构成指标显著降低。施用不同浓度SA提高寒地粳稻花粉育性、颖花分化数、籽粒干物质积累量、灌浆速率、产量及产量构成指标,随喷施SA浓度增加,东农428与松粳10号花粉育性、颖花分化数、籽粒干物质积累量、灌浆速率、产量及产量构成指标均表现为先升后降趋势。分析得出,孕穗期低温胁迫下东农428与松粳10号喷施外源SA最适浓度为0.50 mmol·L~(-1)。     

孕穗期冷水灌溉对寒地粳稻相关生理指标及叶绿体超微结构的影响

为了研究低温冷害对寒地粳稻生理特性及叶绿体超微结构的影响,以耐冷型粳稻‘东农428’(‘DN428’)、冷敏感型粳稻‘松粳10’(‘SJ10’)为供试材料,于孕穗期进行不同时间的冷水灌溉处理(0、5、10、15d),分析孕穗期冷水灌溉对寒地粳稻功能叶片抗氧化酶活性、活性氧物质含量、渗透调节物质含量、内源激素含量、叶绿体超微结构及产量的影响。结果表明:与对照相比,孕穗期冷水灌溉下,两种寒地粳稻功能叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性、超氧阴离子(O■)和过氧化氢(H_2O_2)含量、可溶性糖(SS),可溶性蛋白(SP)含量均显著升高,增幅随冷水灌溉时间增加而上升,其中‘DN428’功能叶片SOD、POD、CAT和SP的增幅大于‘SJ10’,‘SJ10’功能叶片SS、O■和H_2O_2的增幅大于‘DN428’。冷水灌溉下,与对照相比,寒地粳稻功能叶片内源激素中脱落酸(ABA)含量升高,吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA_3)、玉米素核苷(ZR)含量下降,变化幅度随冷水灌溉时间增加而升高。在孕穗期冷水灌溉下,与对照相比,寒地粳稻产量随冷水灌溉时间增加显著下降,‘SJ10’比‘DN428’下降幅度大。冷水灌溉下,两种粳稻品种叶绿体超微结构均受到不同程度伤害,其中‘DN428’比‘SJ10’叶绿体超微结构受损小。相关分析表明,内源激素ABA与耐冷相关生理指标呈极显著正相关关系,关系最为密切。从回归分析可知,O■含量可作为孕穗期冷水灌溉对寒地粳稻产量影响大小的鉴定指标。     

灌溉方式耦合氮肥运筹对寒地粳稻产量形成影响

为探究灌溉方式耦合氮肥运筹条件下寒地粳稻干物质积累及产量形成规律,以东农425和松粳6号为试材,设置3种灌溉方式(W1正常灌溉;W2轻干湿交替灌溉;W3重干湿交替灌溉)和3种氮肥运筹(基肥蘖肥穗肥粒肥分别为6310(N1)、5311(N2)、4321(N3)),研究灌溉方式耦合氮肥运筹对寒地粳稻干物质积累与转运、花粉粒育性、籽粒灌浆特性、产量及产量构成因素影响,为寒地粳稻丰产、高效栽培提供指导。结果表明,灌溉方式耦合氮肥运筹对上述指标存在显著互作效应。与W1相比,W2和W3处理下两粳稻品种干物质转运率和贡献率提高,籽粒灌浆速率增大,灌浆时间缩短,提前达到最大灌浆速率时间,有效穗数、穗粒数和花粉粒育性降低。W2处理下两粳稻品种千粒重提高,东农425干物质积累量和输出量无显著差异,结实率和收获指数提高,而松粳6号干物质积累量、输出量、结实率和收获指数显著下降;W3处理下两粳稻品种千粒重、干物质积累量、输出量、结实率和收获指数下降。两粳稻品种根冠比均随干旱胁迫程度加剧而增大。在相同灌溉条件下,与N1相比,东农425和松粳6号均表现为N2有效提高干物质积累及转运能力、有效穗数、穗粒数、结实率、千粒重、收获指数、花粉育性和最终产量,为最佳氮肥运筹方式;N3处理下有效穗数、穗粒数、千粒重、产量有所提高,结实率、收获指数、茎鞘物质转运率和贡献率均降低。综上,东农425以W2N2为最佳耦合方式,松粳6号以W1N2为最佳耦合方式。     

孕穗期干旱胁迫对寒地粳稻干物质积累、转运及产量形成影响

干旱缺水是限制水稻产量主要环境因素之一。为探讨孕穗期干旱胁迫对寒地粳稻干物质积累规律及产量形成影响,选用耐旱型品种东农425和干旱敏感型品种松粳6号为试验材料。通过盆栽结合人工控水方式于孕穗期控制土壤水势至0、-10、-25和-40 k Pa,处理21 d后恢复正常灌溉。研究孕穗期不同程度干旱胁迫对寒地粳稻干物质积累分配转运、产量及产量构成因素影响。结果表明,孕穗期干旱胁迫导致地上部干物质积累量、转运量均随土壤水势降低而下降。成熟期不同器官干物质分配表现为籽粒茎鞘叶,茎鞘干物质和源器官干物质分配比例及源/库随干旱程度上升而增加,而籽粒干物质分配比例与其相反。抗旱性强品种在干旱胁迫条件下有较强物质积累优势,贮藏物质转运能力明显高于抗旱性较弱品种。干旱胁迫使枝梗性状下降,对枝梗性状影响表现为二次枝梗一次枝梗。干旱胁迫下寒地粳稻由于每穴穗数、穗粒数和结实率显著降低造成产量显著下降,降幅随土壤水势降低而逐渐上升。     

孕穗期冷水胁迫下施用γ-氨基丁酸对寒地粳稻氮光合效率的调控效应

以生育期相近粳稻品种东农428和松粳10为试验材料,研究孕穗期冷水胁迫下施用外源γ-氨基丁酸(GABA)对寒地粳稻功能叶片氮光合效率及产量的调控效应,为制定有效抵御低温冷害化控栽培技术提供理论依据。结果表明,外源GABA主要通过提高松粳10剑叶光保护能力提高其光合效率;通过缓解低温胁迫对东农428剑叶光损伤程度,提高光保护能力进而提高其光合效率。孕穗期冷水胁迫下寒地粳稻剑叶OsGS1;1、OsGS1;2、OsGS1;3及OsGAD2表达量上调,与植物冷应激反应有关。OsNADH-GOGAT、OsGDH1和OsGDH3表达量上调、OsFd-GOGAT表达量显著下调,谷氨酰胺合成酶(GS)活性显著上升,说明孕穗期冷水胁迫抑制剑叶光呼吸过程中谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合酶(GS/GOGAT)循环代谢,促进质体中GS/GOGAT循环及谷氨酸脱氢酶(GDH)途径中铵(NH4+)同化代谢。孕穗期冷水胁迫下施用GABA(4.5 mmol·L-1)促使寒地粳稻剑叶OsGS2、OsFd-GOGAT和OsNADH-GOGAT表达量下调;但OsGS1;3、OsGDH3和OsGAD2表达量上调,GS、GDH及谷氨酸脱羧酶(GAD)活性显著升高,使谷氨酸(Glu)家族氨基酸含量显著上升,如抗逆氨基酸GABA、脯氨酸(Pro)、Glu等,避免高NH4+毒害,提高寒地粳稻耐冷性。     

不同蘖穗肥施氮量对水稻根系、抗倒性及产量性状影响

以寒地穗数型中晚熟高产品种松粳6号和穗重型晚熟超级稻品种松粳9号为试验材料,在统一施氮量不同施肥方式条件下,比较分析水稻根系形态和活力、茎秆抗倒性状等动态变化,以期为寒地水稻施肥方法提供理论依据。结果表明,在生育前期,随氮肥量增加,根系体积、长度、干重和伤流液量也随之增加。在生育后期,随穗肥施氮量减少,根系体积、长度、干重和伤流液量均先增后减。因此,后期施用较多肥料不利保持根系形态和活力。随基蘖肥施氮量增加,穗肥施氮量减少,第一节间长度呈增加趋势,第二节间长度先升后降,第一节间和第二节间茎秆直径与抗折力均先升后降,产量上也表现相同趋势。因此,适宜基蘖肥和穗肥比例可显著提高水稻根系活力和茎秆抗折力,提高水稻产量。     

孕穗期低温胁迫对寒地粳稻功能叶片SOD、POD和CAT活性的影响

试验选用耐冷性不同的3个寒地粳稻品种东农428、松粳10和龙稻7为材料,研究孕穗期冷水胁迫处理后功能叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的变化规律。试验结果表明:冷水胁迫后,3个品种功能叶片SOD、POD和CAT活性随着处理天数增加均呈现先升高后下降的趋势,品种间酶活性差异较大;胁迫后3个品种SOD、POD、CAT活性均降低,叶片表现出明显的冷害症状,但耐冷性较强的东农428具有相对较高的CAT活性;恢复期SOD和POD活性各处理间无显著变化,耐冷性最弱的松粳10和耐冷性中等的龙稻7的CAT活性在胁迫后仍然较高,而东农428的CAT活性则较低。     

分蘖期低温胁迫下施用外源物质对寒地粳稻生长发育及产量形成的影响

分蘖期低温胁迫导致水稻发育不良,产量下降。γ-氨基丁酸(GABA)、水杨酸(SA)和脯氨酸(Pro)对逆境条件下作物生长发育具有重要调节作用。为探讨分蘖期低温胁迫下施用GABA、SA和Pro对寒地粳稻生长发育及产量形成影响,采用3个独立裂区设计,分别以GABA、SA和Pro浓度为主区,水稻品种(耐冷品种东农428和冷敏感品种松粳10)为副区。正常灌溉为对照,于分蘖期低温灌溉10 d,同时施用不同浓度3种外源物质。结果表明,与分蘖期低温胁迫相比,3种外源物质处理下寒地粳稻分蘖数、株高、叶面积指数、有效(高效)叶面积率、光合势、干物质积累及产量均有增加。外源施用2 mmol·L-1GABA、2 mmol·L-1SA和30 mmol·L-1Pro处理下东农428和松粳10增产幅度最高,为分蘖期低温胁迫下各外源物质最适浓度。     

孕穗期干旱胁迫对寒地粳稻籽粒氮素形成及产量的影响

为探究孕穗期干旱胁迫对寒地粳稻籽粒氮素形成及产量影响,以水稻松粳6(不耐旱型)和东农425(耐旱型)为材料,通过盆栽控水方式于孕穗期不同梯度干旱处理(土壤水势分别为:0、-10、-25、-40 k Pa),20 d后恢复正常管理。结果表明,与对照相比,轻度干旱胁迫下(土壤水势为-10 k Pa)籽粒氮代谢关键酶(GS、GPT、GOT)活性显著升高,东农425增幅高于松粳6;重度干旱胁迫(土壤水势为-40 k Pa)下酶活性显著降低,东农425降幅小于松粳6,品种间差异显著。干旱胁迫可提高籽粒蛋白质及各组分含量,籽粒清蛋白、球蛋白含量升高主要受GS、GPT和GOT活性变化影响,醇蛋白含量升高与籽粒GS活性关系密切,谷蛋白含量变化主要受籽粒GPT、GOT活性影响。孕穗期干旱胁迫显著降低寒地粳稻产量,随土壤水势降低,产量降幅逐渐增大,东农425降幅显著低于松粳6,产量降低主要影响因素是穗粒数、结实率和千粒重。文章从氮代谢关键酶调控角度分析孕穗期干旱胁迫对寒地粳稻籽粒灌浆过程中蛋白质及各组分含量和产量影响,为揭示干旱胁迫下寒地粳稻产量及品质形成机制提供理论依据。     

不同灌水方式对水稻生育特性及水分利用率的影响

以冈优527、D优363、汕优63为材料,设4个不同水分灌溉方式,研究了不同灌溉方式下水稻生育特性、产量和水分利用率。结果表明:与淹水灌溉相比,湿润灌溉(前期) 浅水灌溉(孕穗期) 干湿交替灌溉(抽穗-成熟期)的灌溉方式,可促进叶片和根系生长,剑叶叶绿素含量和净光合速率高,有利于干物质积累;植株生理活动旺盛;其有效穗、结实率、千粒重、产量和水分利用率均高于淹水灌溉。湿润灌溉有利于根系生长,延缓根系和叶的衰老;产量和水分利用率比淹水灌溉略高。旱种抑制水稻根系生长和地上部干物质积累,产量和水分利用率比淹水灌溉显著降低。因此,湿润灌溉(前期) 浅水灌溉(孕穗期) 干湿交替灌溉(抽穗-成熟期)的灌溉方式更有利于稻株生长发育、产量和水分利用率的提高。冈优527、D优363的水分利用率显著高于汕优63。     

寒地水稻分蘖期耐盐碱性筛选与评价

【目的】筛选与水稻耐盐碱性相关的指标,对寒地水稻种质资源的耐盐碱性进行筛选与评价,为选育优良的耐盐碱水稻品种提供理论依据。【方法】以苗期种植筛选出的较耐盐碱的17份水稻品种为研究对象,分别采用苏打盐碱土（盐碱胁迫处理）和草甸黑钙土（对照）进行盆栽种植,并于分蘖期调查水稻根长度、根表面积、根体积、根直径、根尖数、根干重、茎数、株高、叶面积和地上干物重等10项指标。运用主成分分析法、聚类分析、相关分析及BP神经网络和回归分析验证其合理性。【结果】盐碱胁迫条件下,17个参试材料10项形态指标的耐盐碱系数范围在0.19～1.00,平均值为0.68。利用主成分分析法将盐碱胁迫下10个单项指标转化为3个彼此独立的综合指标,累计方差贡献率达85.44%。通过对隶属函数值及权重进行计算得到各参试材料的综合耐盐碱值（D值）,依据D值得到各参试材料的综合耐盐碱性排序:L14（松粳18）> L15（龙粳24）> L12（龙粳48）> L17（白粳1号）> L06（空育131）> L05（垦粳8号）> L03（绥粳21）> L16（东稻4）> L09（龙粳42）> L11（绥粳17）> L10（龙稻9号）> L13（龙粳27）> L02（莹稻2号）> L07（松98-131）> L08（东农428）> L01（齐粳10号）> L04（长白9号）。通过聚类分析将17份材料分为四大类:第一类为强耐盐碱型,仅包含松粳18;第二类为耐盐碱型,包括垦粳8号、空育131、白粳1号、龙粳48和龙粳24共5份材料;第三类为敏感型,包括绥粳21、龙粳42、东稻4和绥粳17共4份材料;第四类为强敏感型,包括齐粳10号、长白9号、莹稻2号、松98-131、龙粳27、龙稻9号和东农428共7份材料。基于各指标对综合耐盐碱值的相关分析结果,以及回归分析、BP神经网络对其适宜性的验证,得到根长度、根表面积、根体积、根尖数、根干重和茎数6项指标可作为水稻分蘖期耐盐碱性评价指标。【结论】17份参试材料中松粳18为强耐盐碱种质资源,根长度、根表面积、根体积、根尖数、根干重和茎数6项指标可作为寒地水稻分蘖期耐盐碱性的评价指标。     

两系杂交水稻C两优系列组合的高产根系特征

【目的】揭示两系杂交水稻C两优系列组合的高产根系特征及根系与产量之间的关系。【方法】用两用核不育系C815S配制7个杂交组合,以汕优63为对照,对其根系形态和生理特性及其与产量的关系进行了研究。【结果】C两优系列组合的根系干重、不定根条数、不定根总长、根系总体积、发根力、根系总吸收面积、根系活跃吸收面积和根系a-NA氧化量显著高于对照汕优63。相关分析表明,抽穗期根系干重、不定根条数、不定根总长、根系总吸收面积、根系a-NA氧化量及灌浆期和乳熟期的发根力与单株产量呈极显著或显著正相关。逐步回归表明,抽穗期的不定根数量和根系a-NA氧化量是影响水稻高产的主要因素,可作为水稻高产栽培和水稻品种遗传改良的可靠指标。【结论】C两优系列杂交组合在整个生育期内比汕优63具有发达的根系和较强的根系活力,保证了其营养元素和水分的吸收,从而为高产奠定了基础。尤其是在生育后期仍保持较强的根系活力及地下部与地上部的和谐关系是其高产的重要原因。     

超稀植栽培不同处理对水稻根系的生长动态和氧化力及POD酶活性影响

以穗重型品种东农423和穗数型品系东农03-44为试验材料,于2008~2009年研究了超稀植栽培对水稻根系活力、根系POD、伤流液强度等变化规律的影响。结果表明:超稀植栽培条件下,根系健壮,衰老缓慢。较常规栽培根系干重和体积明显增加,上层根系分布较多。整个生育期内根系活力较高,齐穗后根系的伤流液强度和POD活性也明显高于常规栽培,且下降缓慢。     

氮素水平对粳稻根系形态及其活力的影响

以秋光和辽粳5号为试材，采用盆栽方法，研究了不同供氮水平对根系的影响。研究结果表明：生育前期各处理的水稻根数、最长根长、根体积、根干重及其根系活力差异不显；在拔节期，高氮素水平有利于促进根系生长，提高根系活力；抽穗期是水稻一生中根系生长和活力变化的转折点，抽穗期后根系各性状呈现大幅度下降趋势，但高氮水平下根系各性状降幅较小，这说明适当提高氮素供应水平有利于维持后期根系活力，延缓根系衰老。