籼、粳超级稻光合物质生产与转运特征的差异研究

为阐明籼、粳超级稻干物质积累及光合生产特征的差异,以江苏地区大面积推广种植的5个超级杂交籼稻组合和5个常规粳型超级稻品种为试验材料,对稻麦两熟制条件下籼、粳超级稻干物质积累、分配、运转及叶面积、光合势、群体生长率、净同化率、秧苗素质、叶型等方面进行了系统的比较研究。结果表明,粳稻生育前期(移栽至拔节期)干物质积累量、光合势、群体生长率、净同化率及上三叶叶长、叶基角、叶开角、披垂度和叶面积衰减率、收获指数均小于籼稻,而生育中后期(拔节至成熟期)干物质积累量、光合势、群体生长率、净同化率及有效叶面积率、高效叶面积率、粒叶比(颖花/叶、实粒/叶、粒重/叶)、最大叶面积指数、总充实量、实收产量、生物产量、茎鞘最大输出量和表观输出量及比率均大于籼稻,差异显著或极显著。虽然粳稻主要生育期单茎干物重均不及籼稻,但群体数量优势保证粳稻具有较高的群体干物质积累量和叶面积,且随着生长发育的持续,群体光合物质生产优势不断加大,群体干物质积累量于抽穗后25 d前后超过籼稻。粳稻灌浆后期(乳熟至成熟期)仍保持强劲生长优势,而灌浆初期(抽穗至乳熟期)茎鞘贮存物质合理输出,有效保障了高效光合层的安全支撑及高积累产量库的流畅充实。高生物学产量的稳定形成和叶面积“稳升缓降”态势以及拔节至成熟期较强的高效光合物质生产,是粳稻光合系统高效持续产出、灌浆充实多及高产形成的重要特征和原因。     

双季稻区晚稻“籼改粳”品种筛选

【目的】研究双季稻区晚稻季条件下,不同类型水稻品种产量、生育期、温光利用差异及其相互关系,为双季稻区适宜品种的选用提供科学依据与技术支撑。【方法】2010-2013年,在长江中游双季稻地区（江西上高）,以杂交粳稻（包括籼粳交偏粳型杂交稻、籼粳交偏籼型杂交稻和粳型杂交稻）、常规粳稻、杂交籼稻3种类型水稻品种为试验材料,采用湿润育秧大苗移栽方式,系统比较双季晚稻不同类型水稻品种产量、生育期、温光利用差异及其相互关系。【结果】双季晚稻不同类型水稻品种产量表现为杂交粳稻＞常规粳稻＞杂交籼稻的趋势,差异显著或极显著。与杂交籼稻相比,4年杂交粳稻的实产增产率为19.20%-28.95%,常规粳稻实产增产率为9.21%-12.17%;通过足量的群体穗数与较大的穗型协调形成足够的总颖花量,并有保持较高的结实率和千粒重,是粳稻综合改良产量结构获得高产的基本途径。杂交粳稻和常规粳稻各生育期均相应推迟,且两者生育期亦延长,其中杂交粳稻生育期平均延长17.1 d,常规粳稻生育期平均延长9.5 d。不同类型品种生育期积温和光照时数及其不同生育阶段温光利用率均表现出杂交粳稻＞常规粳稻＞杂交籼稻的趋势,其中杂交粳稻生育积温和光照时数及其利用率最多,分别为3713.3℃、931.9 h、90.9%、93.5%。【结论】双季晚稻不同类型水稻品种产量、生育期及温光利用的差异大,适宜的粳稻品种可充分利用生育期长优势,提高温光资源利用率,最终提高产量。据此按照全国粳稻生产发展规划的要求,综合考虑双季稻接茬特点与热量条件以及栽培轻简化机械化的需求,筛选出一批适合当地种植的晚粳稻高产品种,供大面积生产选用,即甬优538、甬优8号、甬优2640、甬优1538、甬优1540、长江19、长江21、小叶迟熟、镇稻5108。     

亚种间杂交稻不同冠层叶形组合产量差异及其形成机理

【目的】旨在明确稻麦两熟制地区超高产栽培条件下甬优系列籼粳杂交稻不同冠层叶形组合产量差异及其形成机理。【方法】2011-2012年,在长江下游稻麦两熟制地区（江苏常熟、扬州）选用甬优系列冠叶适中型组合A26/F9250、A16/F9250、甬优12、甬优13与冠叶过长型组合A43/F8585、A41/F8585、甬优15、甬优11为试验材料,在超高产栽培条件下,系统研究了二者产量构成因素特征、茎鞘物质积累与转运机制、叶片光合特性和强、弱势粒灌浆特性等方面的差异。【结果】（1）两年、两点的试验均表明,籼粳亚种间杂交稻冠叶适中型产量明显高于冠叶过长型组合,2011年常熟、2011年扬州、2012年常熟和2012年扬州冠叶适中型组合实际产量分别达11.62、11.98、12.51、和12.30 t•hm-2,较冠叶过长型组合分别增产8.85%、9.75%、9.60%和10.26%。与冠叶过长型组合相比,冠叶适中型组合有效穗数略多,每穗粒数明显多,群体颖花量大、饱粒千粒重小,最大库容重与冠叶过长型组合相当,但籽粒充实度明显高,说明冠叶适中型组合较冠叶过长型组合增产的主要原因为籽粒充实度的提高。（2）冠叶适中型组合抽穗期单茎茎鞘重、乳熟期单茎茎鞘重、抽穗至成熟期的茎鞘表观输出量、表观输出率和表观转运率低于冠叶过长型组合,但成熟期单茎茎鞘重、抽穗至乳熟期的最大输出量、最大输出率、最大转运率均高于冠叶过长型组合。说明冠叶适中型组合在结实期具有合理的茎鞘物质转运机制。（3）与冠叶特长型组合相比,冠叶适中型组合叶面积指数抽穗期稍低,乳熟期相当,成熟期明显高;净光合速率在抽穗期和乳熟期相当,在成熟期明显高;光合势在抽穗期至乳熟期相当,乳熟至成熟期明显高;叶面积衰减率和净光合速率衰减率在抽穗至乳熟期以及乳熟至成熟期均明显高。说明冠叶适中型组合结实后期光合生产具有优势。（4）与冠叶过长型组合相比,冠叶适中型组合强势粒起始生长势（R0）高、达到相对最大灌浆速率的时间（Tmax）推迟、活跃灌浆期（D）和有效灌浆时间（T99）延长,相对最大灌浆速率（RGRmax）和相对平均灌浆速率（RGRmean）略低,终极充实度（A）高;冠叶适中型组合弱势粒R0低,Tmax推迟,D和T99延长,RGRmax和RGRmean略高,A也明显高。【结论】在稻麦两熟制稻区超高产栽培条件下,甬优系列冠叶适中型组合具有明显的产量优势;结实期合理的茎鞘物质转运机制、较强的光合生产性能和平缓持久的灌浆特性是该类组合产量优势形成的主要生理基础。     

施氮量对稻季氨挥发特点与氮素利用的影响

 在砂土和黏土两种土壤类型上,研究了施氮量对田面水NH4+ N浓度、氨挥发损失量、水稻产量、氮肥利用效率和土壤剖面氮素含量的影响。施氮后田面水NH4+ N浓度和氨挥发量都随着施氮量的增加而增加,且在施氮后1~3 d达到峰值,黏土要低于砂土;氨挥发损失量为分蘖肥时期＞倒4叶穗肥期＞基肥时期＞倒2叶穗肥期;黏土上稻季氨挥发总损失量为10.49~87.06 kg/hm2,占施氮量的10.92％~21.76％;砂土上稻季氨挥发总损失量为11.32~102.43 kg/hm2,占施氮量的11.32％~25.61％;施氮后氨挥发峰值和田面水铵态氮峰值同步出现,以分蘖肥时期最大,两者比值范围为23.76％~3365％;随着施氮量的增加,水稻产量增加,氮素积累量也增加,而氮肥利用效率降低;黏土上的水稻产量和氮素积累量要略高于砂土上的;土壤氮素含量在土壤深度40~50 cm处最低,相应各层土壤氮素含量随着施氮量的增加而提高,黏土要高于砂土。从氨挥发损失的角度来看,当施氮量超过250 kg/hm2时,氨挥发损失总量将跃增; 而从水稻获得高产的角度来看,施氮量应为300 kg/hm2左右,因此,试验条件下水稻高产且环境安全的适宜施氮量为250~300 kg/hm2。     

不同基因型水稻苗期对1，2，4-三氯苯胁迫的生理响应

利用沙培试验,研究了6种浓度(0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mmol kg^-1沙)的1,2,4-三氯苯(TCB)对两水稻品种香粳20-18(耐性基因型)和泗阳1382(敏感基因型)种子发芽率、发芽指数、幼苗生物量以及叶片和根系的蛋白质含量、丙二醛含量(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性等生理指标的影响。结果表明,TCB胁迫下,水稻种子发芽率和发芽指数变化不明显,幼苗的生物量显著下降,香粳20-18下降幅度比泗阳1382小;随TCB胁迫程度的增强,香粳20-18叶片和根系可溶性蛋白质含量呈增加的趋势,泗阳1382叶片蛋白质含量显著下降,高浓度TCB胁迫下其根系蛋白质含量显著下降;两个基因型叶片的O₂^?产生速率先降后升,香粳20-18根系的O₂^?产生速率先降后升,高浓度TCB胁迫下显著高于对照,而泗阳1382与对照差异不显著;香粳20-18叶片SOD活性随TCB胁迫程度的增强呈上升趋势,低浓度TCB胁迫下就开始显著高于对照,根系SOD活性显著增强,而泗阳1382叶片和根系SOD活性与对照差异不显著;香粳20-18叶片POD活性先升后降,根系POD活性显著高于对照,而泗阳1382叶片和根系POD活性均显著下降;香粳20-18叶片CAT活性高于或显著高于对照,泗阳1382低于或显著低于对照;两个基因型叶片的MDA含量先降后升,高浓度TCB胁迫下MDA含量显著高于对照,根系MDA含量均随TCB胁迫程度的增强而显著增加。总之,生物量降低幅度小、叶片和根系的蛋白质含量高、抗氧化酶系统清除活性氧的能力强、MDA含量低是耐性基因型的主要生理特征。     

播期对不同筋型小麦品种淀粉糊化特性的影响

选用强筋小麦9356、中筋小麦扬麦158和弱筋小麦宁麦9号为供试材料,研究了播期对不同筋型小麦品种淀粉糊化特性的影响.结果表明:播期和品种对小麦淀粉糊化特性均有极显著影响,最终黏度、回复值和糊化温度存在显著或极显著的播期和品种的互作效应.3个供试品种的峰值黏度、低谷黏度、稀懈值、最终黏度、回复值和峰值时间随播期推迟呈显著或极显著增加,但参数的变化幅度不同.强、中筋小麦的淀粉糊化特性与弱筋小麦的淀粉糊化特性有明显的区别,强筋和中筋小麦的淀粉糊化特性受播期的影响较弱筋小麦大.峰值黏度、低谷黏度、稀懈值、最终黏度与播种至成熟期降雨量均呈负相关,与开花至成熟期的降雨量均呈负相关,与开花至成熟期的日均温呈正相关,峰值黏度、低谷黏度、稀懈值与播种至成熟期的日照时数呈负相关,与开花至成熟期的日照时数呈负相关.     

氮肥水平对不同育种时代粳稻产量、氮素吸收利用差异的影响

以选育时期不同(两个选育时代)的12个水稻品种为材料,于施氮量为0,225,300 kg/hm~2纯氮大田条件下,研究了不同氮肥水平下两选育时代的水稻品种产量、物质生产积累量及氮素吸收、利用效率的差异.结果表明,水稻产量随着选育时代的更替有所提高,并随施氮量的增加两时代产量表现不同,早期品种中有83.3%的水稻基因型的产量随施氮量增加呈增加趋势,当代品种产量则有一半基因型在225 kg/hm~2氮肥水平下产量达最大,说明早期品种对氮肥反应较当代品种敏感.农艺性状中的株高和穗长随着育种时代的更替有矮化和减小的趋势,着粒密度有所增加.干物质和氮素平均积累量在生育时期各阶段均表现为当代品种大于早期品种,氮素利用效率亦表现相同的规律.相关分析表明,水稻产量与抽穗、成熟期物质积累量和氮素吸收量均呈显著或极显著正相关关系,与拔节期关系不密切.氮素利用效率与产量呈显著正相关,与株高和穗长呈显著负相关.说明随着选育时代的更替,水稻产量、吸氮量及氮素利用效率有所提高,株型趋于矮化,穗型由散穗向密穗型演变.     

不同株型水稻叶倾角群体分布的模拟

 以株型因子为参数,建立了不同株型品种水稻叶倾角分布模型。对该模型进行验证,模拟值与实测值的1∶1回归直线的R2和RMSE分别为0.9472和3.93%。用本模型对3种株型、6个冠层高度和7个生长期的水稻冠层叶倾角分布的模拟结果表明,3种株型水稻叶倾角分布不同,紧凑株型的两优培九叶倾角较大,叶片挺立;松散株型的汕优63叶倾角最小,叶片披垂;中间型两优Y06介于两者中间,与实际观察结果一致。同一品种7个生长期叶倾角分布不同,从分蘖期到孕穗期,冠层叶倾角逐渐变大,叶片逐渐挺立;从孕穗期到成熟期,两优培九叶倾角变化不明显,汕优63和两优Y06则逐渐变小,叶片逐渐披散,其中,汕优63尤为明显。同一品种相同生长期的 6个冠层高度叶倾角分布不同,随着冠层高度增加,3个品种的分层LAI均减小,两优培九叶倾角变化不大,汕优63逐渐增大,两优Y06逐渐减小。试验证明该模型具有良好实用性。     

不同栽培方式对水稻产量和物质生产特征影响

以武运粳24号和南粳44为材料,对钵苗机栽、精确点抛和毯苗机插3种栽培方式水稻的产量、干物质积累、茎蘖动态、LAI等进行比较研究。结果表明,不同栽培方式间水稻产量存在显著差异,钵苗机栽、精确点抛产量极显著高于毯苗机插,钵苗机栽显著高于精确点抛,产量差异主要来源于每穗粒数;物质生产上,移栽至N-n期钵苗机栽和精确点抛物质积累量多于毯苗机插,无效分蘖期毯苗机插物质积累量较多,至拔节期不同栽培方式干物质量相当,拔节至抽穗期、抽穗至成熟期钵苗机栽、精确点抛水稻物质积累量极显著高于毯苗机插,钵苗机栽显著高于精确点抛。说明与毯苗机插相比,钵苗机栽、精确点抛水稻全生育期干物质积累(除无效分蘖期)都具有一定优势,特别是生育中、后期光合能力强,物质积累多,LAI较大,叶片不早衰,结实率和千粒重较高,且钵苗机栽优于精确点抛。     

不同种植方式对超级稻植株抗倒伏能力的影响

 【目的】倒伏是水稻“高产、优质、高效、生态、安全”综合生产目标的限制因素之一。本研究旨在探讨不同种植方式超级稻的抗倒伏能力,为合理选用种植方式,实现“十字”综合目标提供理论依据。【方法】长江下游稻-麦两熟制条件下,以超级稻品种淮稻9号和Ⅲ优98为材料,设置旱育中苗壮秧精量手栽、小苗机插、直播3种种植方式,以倒伏指数作为衡量植株抗倒伏能力的指标,在齐穗后25 d,研究不同种植方式水稻基部第1节间（N1）、第2节间（N2）、第3节间（N3）、第4节间（N4）抗倒伏能力和主要物理性状的差异,并对倒伏指数、抗折力与茎秆主要物理性状进行相关分析。【结果】不同种植方式水稻抗倒伏能力差异极显著,手栽稻倒伏指数最小,抗倒伏能力最强,直播稻倒伏指数最大,抗倒伏能力最差,机插稻居于二者之间。抗折力的大小是不同种植方式水稻倒伏指数差异的主要原因,N1、N2、N3、N4节间的抗折力与株高、重心高度、茎秆粗度、茎壁厚度、茎秆干重、叶鞘干重、单位节间干重、节间基部至穗顶的长度和鲜重及弯曲力矩呈显著或极显著正相关,与相对重心高度和节间长度呈显著或极显著负相关。与机插稻和直播稻相比,手栽稻基部节间抗折力大、倒伏指数小的主要原因是:（1）株高的增加是节间数增多、穗长及穗下2个节间变长所致,而茎秆基部易于发生倒伏的2—3个节间长度反而比机插稻和直播稻短;（2）基部各节间粗度和茎壁厚度均有明显增加,且茎、鞘干重大,单位节间干重极显著增加,茎秆的充实度好。【结论】不同种植方式水稻茎秆主要物理性状优化组合不同,基部节间短而粗,茎壁厚度大,茎秆充实程度好,是手栽稻抗折力大、倒伏指数小、抗倒伏能力强的直接原因。