叶绿素含量降低对水稻叶片光抑制与光合电子传递的影响

【目的】水稻突变体叶片叶绿素含量显著低于其野生型,但其光合电子传递效率与净光合值显著高于对照,文章旨在阐明其生理学机理并探讨其在高光效育种中的潜在应用价值。【方法】通过人工气候室的盆栽试验设置高光强(光照强度为700—800μmol·m~(-2)·s~(-1))与低光强(光照强度约为100—200μmol·m~(-2)·s~(-1))2个处理,并结合大田试验,观测突变体与野生型的叶绿素荧光、超氧阴离子含量、丙二醛含量、SOD酶活性、叶绿体超微结构、叶片荧光显微结构与冠层温度。【结果】突变体材料叶绿素含量显著低于其野生型,并且光照强度对其叶绿素含量的效应也不相同。随着光照强度的增强,突变体叶片叶绿素含量增加60%,而野生型品种叶片叶绿素含量却降低20%以上。光反应曲线表明,突变体光合值显著高于野生型,尤其在1 000μmol·m~(-2)·s~(-1)光照下,低光强与高光强处理中低叶绿素含量突变体光合值分别比野生型高9.4%和46.5%。叶绿素荧光数据也表明,水稻突变体的电子传递速率(ETR)、光系统Ⅱ的量子产量(ΦPSⅡ)、光化学淬灭(q P)、光下最大光化学效率(F′v/F′m)显著高于其野生型。在高光强处理下,野生型材料中的应激活性氧超氧阴离子与丙二醛(MDA)含量受到光抑制。叶绿体超微结构与荧光显微结构表明,野生型材料叶绿体受到一定程度的损伤,且其维管束间距离显著大于突变体,其维管束面积小于突变体,不利于水分在叶片中的传输。田间冠层热力学图像表明中午高温、高光照条件下,突变体冠层温度显著低于其野生型。综合以上结果,野生型叶片叶绿素含量高,在高光强下会导致过量光吸收,光系统Ⅱ电子传递效率下降,超氧阴离子与丙二醛累计,导致叶绿素结构与功能的破坏,因此,其光合值显著低于突变体材料。同时过量光吸收会导致叶片与冠层温度上升,不利于冠层群体光合。【结论】在未来高光效育种中选育叶绿素含量适当降低的品种,有助于避免高光强下叶片的过量光吸收,从而缓解活性氧的产生与光抑制,并有利于降低冠层温度从而缓解水稻群体光合"午休"现象。     

水稻根系形态生理与产量、品质形成及养分吸收利用的关系

植物根系既是水分和养分吸收的主要器官,又是多种激素、有机酸和氨基酸合成的重要场所,其形态和生理特性与地上部的生长发育有密切联系.本文综述了水稻根系形态生理与产量形成及水分养分吸收利用的关系,介绍了根系化学信号(激素、有机酸等)对稻米品质形成的作用及根尖细胞超微结构与地上部生长发育关系的最新研究进展,讨论了水稻根系研究存...     

不同种植方式下磷素营养对陆稻和水稻米质的影响

 以粳型陆稻中旱3号和粳型水稻扬辐粳8号为材料,设置裸地旱作和水作2种种植方式及3个磷素(P2O5  )水平：低磷（LP,45  kg/hm2）、常磷(NP,90  kg/hm2)和高磷(HP,135 kg/hm2),比较了陆稻和水稻米质的差异。旱作条件下,随着施P量的增加,陆稻和水稻产量均随之增加;  水作条件下,HP下陆稻的产量较NP增加,水稻的产量HP较NP减少,但差异均不显著。旱作条件下,中旱3号LP水平下整精米率、外观品质和蒸煮食味品质表现较好,扬辐粳8号（NP水平下外观品质表现较好）与中旱3号基本一致;水作条件下,中旱3号LP水平下整精米率较高,NP水平下蒸煮食味品质较好,扬辐粳8号与中旱3号基本一致,但外观品质表现不一。旱作使陆稻和水稻的整精米率提高,外观品质改善,水稻蒸煮品质和营养品质提高。与水稻相比,陆稻的加工品质、营养品质和食味品质较优。表明陆稻和水稻的米质对种植方式和磷素的互作响应有差异。     

抽穗灌浆早期高温与干旱对不同水稻品种产量和品质的影响

【目的】探讨在高温和干旱胁迫下不同水稻品种产量和品质形成的特点。【方法】常规中熟籼稻品种黄华占（耐热品种）和双桂1号（热敏感品种）与超级稻品种两优培九（两系杂交籼稻）和扬粳4038（粳稻）种植于盆钵,于抽穗和灌浆早期（始穗后0-10 d）设置高温（日最高温度为37.5℃）、干旱（土壤水势保持在-30±10 kPa）、高温+干旱3种处理,以同期自然温度且正常供水为对照。【结果】与对照相比,高温、干旱和高温+干旱3种处理均显著降低了各品种的花粉可育率、受精率、结实率和产量;降低了精米率、整精米率和崩解值,增加了垩白米率、垩白度和消减值。高温及高温+干旱处理对产量和稻米品质的影响,热敏感品种双桂1号大于耐热品种黄华占,两优培九和扬粳4038大于双桂1号和黄华占。干旱对产量和稻米品质的影响,热敏感品种大于耐热品种;双桂1号和黄华占大于两优培九和扬粳4038。高温、干旱或高温+干旱胁迫对产量和稻米品质的影响与其对根系氧化力、叶片光合速率和抗氧化保护酶活性的影响结果趋势一致。【结论】抽穗与灌浆早期高温或干旱胁迫对水稻产量和品质的影响在品种间存在很大差异,双桂1号和黄华占的耐热性强于两优培九和扬粳4038,两优培九和扬粳4038的耐旱性则强于双桂1号和黄华占。在高温或干旱胁迫下根系氧化力、叶片光合速率和抗氧化保护酶活性高是一些水稻品种保持较高产量的重要生理原因。     

籽粒蛋白质含量不同的转基因水稻株系产量形成特点

水稻籽粒蛋白质含量与产量的关系仍不十分清楚。本试验以日本晴和以其为亲本通过转基因方式获得的5个籽粒蛋白质含量有明显差异的水稻株系为材料,在大田栽培条件下研究上述株系产量的形成特点。结果表明,在相同施氮量条件下,蛋白质含量高的水稻株系,其产量水平相对较低,结实率与籽粒蛋白质含量呈显著负相关。随着施氮水平的提高,各株系籽粒蛋白质含量和产量明显增加,产量增加的主要原因是单位面积穗数和每穗粒数的增加。抽穗前积累的干物质少,抽穗后叶片功能期相对较短,光合速率低,灌浆结实期茎秆中的干物质和非结构性碳水化合物向籽粒转运率低,引起结实率下降,是导致籽粒蛋白质含量高的水稻株系产量降低的重要生理原因。     

结实期干湿交替灌溉对2个超级稻品种结实率和粒重的影响

大田种植超级稻品种两优培九(两系杂交籼稻)和淮稻9号(粳稻)。自抽穗至成熟设置轻干-湿交替灌溉(WMD)、重干-湿交替灌溉(WSD)和常规灌溉(CI, 保持水层) 3种灌溉方式, 观察其对超级稻灌浆的影响。结果表明, 与CI相比, WMD处理显著增加2个超级稻品种的产量、结实率和粒重, 而WSD处理则降低结实率和粒重。WMD处理显著提高灌浆期剑叶净光合速率、膜质过氧化酶活性和根系氧化力、根系吸收表面积、根系活跃吸收表面积、比表面积和根系中玉米素+玉米素核苷(Z+ZR)及吲哚-3-乙酸(IAA)含量及根冠比, WSD处理的结果则相反。说明结实期轻干-湿交替灌溉可以改善超级稻根系和地上部植株的生理功能, 进而提高结实率和粒重。     

施氮量对江苏不同年代中粳稻品种产量与群体质量的影响

以江苏省近60年来各阶段具有代表性的12个中粳稻品种(含超级稻)为材料。依据种植推广年代结合株型和基因型将其分为20世纪50年代、60年代、70年代、80年代、90年代和2000年以后6个类型,进行0N (不施氮,0N)、240 kg hm^-2 (中氮,MN)和360 kg hm^-2 (高氮,HN) 3种氮肥用量处理,并观察其对水稻产量和群体质量的影响。结果表明, 产量随品种改良逐步提高,在0N、MN和HN三种施氮量条件下,由20世纪50年代早期品种到2000年以后的超级稻品种,产量增幅分别为4.45~4.64 t hm^-2、5.89~5.93 t hm^-2和8.45~8.62 t hm^-2。2000年以前的中粳稻品种产量表现为MN>HN>0N; 2000年以后的超级稻品种则表现为HN>MN>0N。2000年以前的中粳稻品种在中氮处理下具有较高群体质量指标(茎蘖成穗率、抽穗至成熟期的干物质积累、有效叶面积和高效叶面积指数、粒叶比、着粒密度、剑叶光合速率和根系氧化力),2000年以后的超级稻品种则在高氮处理下具有较高的群体质量指标。这些结果表明, 早期品种对氮肥响应较现代超级稻品种敏感,超级稻品种则在高氮水平下具有更高的产量。群体质量的改善是品种改良增加产量以及超级稻品种在高氮水平下物质生产和产量提高的重要原因。     

栽培模式对杂交粳稻常优5号根系形态生理性状和地上部生长的影响

以杂交粳稻常优5号为材料, 设置未施氮肥处理(0N)、当地高产栽培(对照)、超高产栽培和氮肥高效利用栽培等4种栽培模式, 观察其对水稻不同生育期根系形态生理和地上部生长的影响。结果表明, 不同栽培模式下水稻产量差异极显著。超高产栽培与氮肥高效利用栽培两年的平均产量分别为12.29 t hm^-2和9.62 t hm^-2, 平均分别较对照增产41.4%和10.7%。上述两种栽培模式的氮肥农学利用率(每kg施氮量增加的产量)分别较对照增加80.7%和76.8%, 灌溉水利用效率分别较对照提高62.1%和32.3%。与对照相比, 超高产栽培与氮肥高效利用栽培均增加了水稻地上部干物重、叶面积指数、根干重、根长, 提高了粒叶比, 改善了库源关系, 并提高了根冠比与根系伤流量。同时也提高了灌浆期剑叶净光合速率、根系氧化力、根系总吸收表面积与根系活跃吸收表面积, 生育中后期根系、叶片以及根系伤流液中的玉米素(Z)与玉米素核苷(ZR)含量、灌浆期籽粒中蔗糖合酶(SuSase)以及腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)活性。这说明, 通过栽培技术的集成与优化可以提高水稻灌浆期根系和地上部的生理活性, 促进水稻高产与水分养分高效利用。     

镉对水稻产量和品质的影响

采用土培盆栽方法,以3个水稻品种为材料,研究土壤Cd处理对水稻产量和稻米品质的影响。结果表明,当土壤Cd浓度为60或90mg/kg时,扬稻6号和扬粳9538的产量与对照(土壤未加Cd处理)无显著差异。这2个品种在Cd浓度为120或180mg/kg下以及武运粳7号在Cd浓度60或120mg/kg下的产量均较对照显著降低。在Cd胁迫下产量降低的原因主要在于穗数或每穗颖花数的减少,Cd对结实率和千粒重无显著影响。Cd对稻米加工品质、外观品质、蒸煮品质以及蛋白质含量无显著影响。随土壤Cd浓度的增加,稻米醇溶蛋白含量增加,清蛋白和球蛋白含量则降低。当土壤Cd浓度为60和90mg/kg时,稻米淀粉谱的最高粘度、热浆粘度、最终粘度、崩解值和消减值与对照无显著差异;当土壤Cd浓度为120和180mg/kg时,稻米淀粉谱的最高粘度和崩解值显著降低,热浆粘度、最终粘度和消减值显著增加。在相同土壤Cd浓度下,同一器官的Cd浓度在品种间无显著差异,但扬稻6号Cd累积量高于扬粳9538。表明Cd对水稻产量的影响以及Cd在稻株的累积量在品种间存在差异,高浓度Cd可降低稻米的营养品质和食味性。     

不同氮肥水平下结实期灌溉方式对水稻弱势粒灌浆及产量的影响

【目的】旨在阐明氮肥和灌溉方式对水稻产量、籽粒灌浆及生理特性的影响。