LED补光对水稻秧苗素质及其生理特征和产量的影响

采用发光二极管(light-emitting diode,LED)精确调制光谱能量,研究不同光质对水稻秧苗素质(株高、根长和鲜干重)和生理特征(内源激素、抗氧化酶、可溶性蛋白和丙二醛)的影响,探讨生理特征与秧苗素质和补光移栽后产量的耦合关系。水稻秧苗分别在5种光质下进行补光照射:R (100%红光),B (100%蓝光),RB (80%红光+20%蓝光)RBG_12.5(62.5%红光+25%蓝光+12.5%绿光),RBG₂₅(50%红光+25%蓝光+25%绿光),光量子通量均为1 000μmol·m^-2·s^-1,照射30 d (6 h/d)后采样,并插秧至稻田,以无补光作为对照(CK)。与CK相比,LED补充光源显著(P<0.05)影响水稻秧苗的株高、根长和鲜干重。株高和地上部分干重最大值分别出现在R和RBG_12.5处理,而根长和地下部分干重的最大值均出现在RBG_12.5处理。LED补充光源对内源激素、抗氧化酶、可溶性蛋白和丙二醛的影响程度因光质和植物部位而异。与CK相比,RBG_12.5二显著(P<0.05)提高地上部生长素(IAA)含量和可溶性蛋白含量,B显著(P<0.05)提高地上部超氧化歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量;RBG_12.5和RBG₂₅显著(P<0.05)提高地下部IAA含量,RBC₂₅显著(P<0.05)提高地下部可溶性蛋白含量和MDA含量。补光移栽后水稻产量的变化趋势与光质对水稻秧苗壮苗指数的影响趋势一致:RBG_12.5> RBG25> RB> B> R> CK。逐步回归分析发现,壮苗指数与地上部赤霉素(GA_3)含量和IAA含量及地下部IAA含量和SOD活性显著正相关;补光移栽后产量与秧苗地上部IAA含量及地下部IAA含量和过氧化氢酶(CAT)活性显著正相关。LED补充光源通过调节水稻秧苗生理特征影响其素质,且影响效应延续至水稻成熟期。RBG_12.5光源更利于培育水稻壮苗和水稻增产,适宜用作工厂化育秧的补充光源。     

生长素调控因子OsGRF4协同调控水稻粒形和稻瘟病抗性

【目的】水稻粒形为多基因控制的复杂数量性状,同时影响稻谷产量和稻米外观及碾磨品质,挖掘粒形相关基因并解析其遗传机制,对于水稻高产和优质品种选育具有重要意义。【方法】以前期利用大粒籼稻品种特大籼(TDX)为供体亲本、小粒粳稻品种日本晴(Nipponbare,NPB)为轮回亲本获得的一个大粒近等基因系,在水稻第2染色体上初定位粒形调控基因GS2.2(grain size 2.2)的基础上,对GS2.2基因进行了精细定位和候选功能基因的克隆鉴定。【结果】利用BC₄F₂群体中2887份极小粒单株及该群体中70份基因型杂合的大粒单株自交获得的BC₄F₃群体,将GS2.2基因精细定位在2M-7-1与2M-9之间的160.6 kb的区间内。该区间编码18个基因开放阅读框(ORF1-18)。测序发现ORF18基因在大粒近等基因系与小粒日本晴等位基因间存在5个SNP差异,ORF18编码生长素调控因子蛋白OsGRF4。采用CRISPR/Cas9基因编辑技术对大粒近等基因系中ORF18进行敲除,发现ORF18敲除株系粒长变短,证实ORF18是GS2.2的功能基因。进一步对ORF18大粒近等基因系和基因编辑敲除株系进行稻瘟菌室内离体和病圃接种鉴定,发现ORF18大粒近等基因系稻瘟病抗性增强,而基因编辑敲除株系稻瘟病抗性减弱,表明ORF18正调控水稻稻瘟病抗性。【结论】本研究发现的生长素调控因子OsGRF4协同调控水稻粒形和稻瘟病抗性,为协调水稻高产和抗性育种提供了重要的基因资源。     

减氮配施有机肥对滴灌春小麦花后同化物转运和籽粒灌浆特性的影响

【目的】研究减氮条件下新疆滴灌小麦高产高效的调控途径,分析滴灌春小麦花后同化物转运和籽粒灌浆特性的调控效应,为新疆滴灌春小麦的高产优质栽培提供科学依据。【方法】设置不同减氮配施有机肥处理,采用裂区设计,氮素为主区,品种为副区;于2019年在田间滴灌条件下设置7种减氮配施有机肥水平(N_CK、N₅、N₁₀、N₁₅、N₂₀、N₂₅、N₀),比较分析不同减氮配施有机肥处理条件下,强筋小麦新春38号和中筋小麦新春49号的花后同化物转运及籽粒灌浆特性的变化。【结果】在灌浆期内,花后干物质(茎、叶)随灌浆期推进呈先升后降趋势,峰值出现在花后14 d,而穗干物质则呈逐渐增大的变化。随减氮配施有机肥程度增加,2个品种的花后干物质积累、花后干物质转移率、花后贡献率、粒重及灌浆各参数均呈现先增后减的趋势,在N₁₅处理下各指标均达到最优值,N₁₅>N₂₀>N₂₅>N₁₀>N₅>N_CK>N₀。2个品种的快速累积持续时间(t₂~t₁)、平均灌浆速率(V_mean)、最大灌浆速率(V_max)与粒重间均存在显著关系,且平均灌浆速率与粒重间的直接效应最大,2个品种的直接通径系数为1.034 7和0.957 3。在N₁₅处理下, V_mean相比其它处理分别增长了1.92%～30.58%(新春38号),1.02%～27.93%(新春49号)。【结论】在减氮配施有机肥处理下,以N₁₅处理(85%N+15%有机肥)的花后干物质积累量、花后转运率及贡献率最高,籽粒粒重最高,与之相关的灌浆各参数表现最优,即N₁₅处理为最优配比组合。     

干湿交替灌溉对抗旱性不同水稻品种产量的影响及其生理原因分析

【目的】旨在阐明全生育期干湿交替灌溉对抗旱性不同水稻品种产量的影响。【方法】以抗旱性差异显著的4个水稻品种(籼稻扬稻6号和两优培九,粳稻旱优8号和镇稻88)为材料,以常规水层灌溉(CI)为对照,在盆栽条件下研究了轻干湿交替灌溉(WMD)和重干湿交替灌溉(WSD)对水稻产量、根系、叶片及籽粒部分生理特性的影响。【结果】与CI相比,WMD处理下抗旱性较强品种扬稻6号和旱优8号产量分别提高6.90%和7.45%,抗旱性较弱品种两优培九和镇稻88产量分别降低7.28%和8.10%。WSD处理下,4个水稻品种的产量均显著下降,抗旱性较弱的品种产量降幅远高于抗旱性较强的水稻品种。WMD处理下,扬稻6号和旱优8号复水后根系氧化力、根系与叶片细胞分裂素(玉米素+玉米素核苷)含量、叶片光合速率和籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶的活性均较CI有不同程度提高,而两优培九和镇稻88上述指标则与CI持平或有不同程度降低。WSD处理下,4个品种上述指标均较CI不同程度降低。【结论】轻干湿交替灌溉条件下,根系活性强、叶片细胞分裂素含量和光合速率高、籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性强是抗旱性较强水稻品种的基本生理特征。     

Polymerisation of gluten proteins in developing wheat grain as affected by desiccation

The breadmaking quality of wheat is affected by the composition of gluten proteins and the polymerisation of subunits that are synthesised and accumulated in developing wheat grain. The biological mechanisms and time course of these events during grain development are documented, but not widely confirmed. Therefore, the aim of this study was to monitor the accumulation of gluten protein subunits and the size distribution of protein aggregates during grain development. The effect of desiccation on the polymerisation of gluten proteins and the functional properties of gluten were also studied. The results showed that the size of glutenin polymers remained consistently low until yellow ripeness (YR), while it increased during grain desiccation after YR. Hence, this polymerisation process was presumed to be initiated by desiccation. A similar polymerisation event was also observed when premature grains were dried artificially. The composition of gluten proteins, the ratios of glutenin to gliadin and high molecular weight-glutenin subunits to low molecular weight-glutenin subunits, in premature grain after artificial desiccation showed close association with the size of glutenin polymers in artificially dried grain. Functional properties of gluten in these samples were also associated with polymer size after artificial desiccation.     

气候变化对中国水稻生产的影响研究进展

水稻生产系统是响应气候变化最敏感的农业生态系统之一,本文综述了当前和未来气候变化对我国水稻生产的影响。气候变化背景下,我国水稻生长季的热量资源增多,辐射资源减少,降水不均一性加大。高温热害、干旱、暴雨和洪涝灾害发生更频繁,这可能降低水、热资源的有效性。气候变化使我国单季稻和双季稻潜在种植边界显著北移,导致单季稻、早稻和晚稻的主要生育期缩短。基于统计模型和水稻生长模型的研究结果表明,如果不考虑品种改良和栽培技术的进步,气候变化使单季稻、早稻和晚稻产量下降,但不同稻作区和方法间存在差异。我国水稻生产重心北移、实测生育期延长和产量增加的变化趋势,反映了水稻生产系统通过种植分布调整、品种改良和技术改进来适应气候变化的能力。未来气候变化将进一步导致水稻生育期缩短和产量下降,对我国水稻生产和粮食安全带来严峻挑战。仍需加强气候变化影响机制的研究及其在影响评估中的应用,减小影响评估的不确定性并增加其系统性,为制定有效的应对策略提供可靠的理论支持。     

不同类型水稻品种产量和氮素吸收利用对大气CO2浓度升高响应的差异

目的 探明不同类型水稻品种产量和氮素吸收利用对FACE(大气CO₂浓度增高)响应的差异。方法 以常规粳稻、杂交籼稻、常规籼稻共6个品种为供试材料,研究FACE对不同类型水稻产量、氮素吸收利用的影响。结果 1）FACE处理极显著提高了水稻产量,平均增加24.17%, 常规籼稻增幅最大,FACE和对照均以杂交籼稻最高;2）FACE处理显著增加了单位面积穗数,常规粳稻增幅最大,并显著增加了杂交籼稻和常规籼稻每穗粒数;3）FACE处理显著提高了成熟期吸氮量和氮素籽粒生产效率,成熟期吸氮量平均增加21.23%,杂交籼稻增幅最大, FACE和对照均以常规籼稻最高;氮素籽粒生产效率平均增加7.33%,杂交籼稻增幅最大,FACE和对照均以杂交籼稻最高。成熟期吸氮量对产量促进作用略大于成熟期氮素籽粒生产效率;4）FACE处理降低了植株含氮率,成熟期平均下降0.105个百分点,常规粳稻降幅最大。FACE处理极显著提高植株干物质量,成熟期平均增加23.95%,常规籼稻增幅最大;FACE处理显著提高常规籼稻和杂交籼稻成熟期单穗吸氮量,分别增加10.79%、13.93%,但常规粳稻下降了9.60%;FACE处理显著提高了成熟期群体吸氮强度,平均增加22.29%,杂交籼稻增幅最大。FACE处理对水稻全生育期天数无显著影响;FACE处理显著提高茎鞘、叶片、穗各器官吸氮量,叶片增幅最大,平均增加51.86%,杂交籼稻增幅最大;FACE处理显著提高了不同生育阶段吸氮量,抽穗-成熟阶段增幅最大,平均增加108.90%,杂交籼稻增幅最大;5）植株干物质量、单穗吸氮量、吸氮强度、穗吸氮量、抽穗-成熟阶段吸氮量对成熟期总吸氮量的促进作用分别大于植株含氮率、单位面积穗数、生育天数、茎鞘叶吸氮量、移栽-分蘖和分蘖-抽穗阶段吸氮量;6）FACE处理显著提高了氮肥偏生产力,降低了每百千克籽粒需氮量,前者平均增加24.16%,常规籼稻增加最多;后者平均降低4.7%,常规籼稻降幅最大。结论 FACE处理可显著提高水稻产量和氮素吸收利用效率,但品种间差异较大。     

适宜机插的优质籼稻品种筛选及其评价指标体系

为了筛选适宜贵州稻区机插的优质籼稻品种，建立适宜机插优质籼稻品种的评价关键指标体系，以近年选育的34个优质籼稻品种为试验材料，在贵州省遵义市湄潭县进行机插试验，对各品种的秧苗素质以及机插条件下水稻分蘖生长、干物质积累、抗倒伏性、产量及其构成因素进行研究。结果表明，机插条件下34个优质籼稻的产量变幅为6.1~10.5 t·hm-2，结合两步聚类算法，以产量为依据将参试品种划分为适宜机插和不适宜机插两类。适宜机插优质籼稻类型主要表现为产量均高于8.25 t·hm-2，其成苗率高、秧苗均匀性好、幼苗健壮；分蘖早生快发，易形成充足的有效穗数；植株能获得较高的花前和花后干物质积累量，并重新分配到籽粒；茎秆粗壮，基部3个节间平均抗折力强，倒伏指数小。综合来看，F优498、晶两优534和蓉18优2348等15个优质籼稻品种适宜贵州地区机插，且适宜机插优质籼稻关键评价指标为：成苗率>85%，秧苗均匀性>1.5苗·cm-2；倒伏指数<150%，基部3个节间平均抗折力>1 500 g；产量>8.25 t·hm-2，有效穗数225×104～300×104 hm-2，每穗粒数>140粒，结实率>75%，成熟期干物质积累量>15 t·hm-2，收获指数>0.45。研究为机插专用优质籼稻品种选育及应用提供理论依据。     

Influence of summer legume residue recycling and varietal diversification on productivity,energetics, and nutrient dynamics in basmati rice–wheat cropping system of western Indo-Gangetic Plains

A field experiment was conducted on summer mungbean residue recycling (SMBRR) and basmati rice–wheat cropping system (BRWCS) at New Delhi, India. The SMBRR enhanced the system productivity and net returns by ～19.1% and 22.1% compared to summer fallow (SF) with highest magnitude under genotypic sequence of P 2511/HD 2967. Two genotypes each in basmati rice (PB 1 and P 2511) and wheat (HD 2967 and HD 2733) responded well to SMBRR with respect to grain yield efficiency index (GYEI) ≥ 1.0. SMBRR also registered ～13.5% higher microbial biomass carbon (MBC) than SF. Soil organic carbon (SOC) storage also increased by ～6.8% in 0–30 cm soil layer. The rice–wheat–summer mungbean system produced significantly highest energy efficiency compared to the rice–wheat–summer fallow system with highest values under genotypic sequence of P 2511/HD 2967 as a result of better yield expression. Overall, SMBRR with suitable genotypic sequence improved the system productivity, profitability, and nutrient dynamics in BRWCS, which are vital for long-term sustainability of this system.     

水分与氮素及其互作对水稻产量和水肥利用效率的影响研究进展

了解水分、氮素及其互作对水稻产量与水、氮利用效率的影响,对协同提高水稻产量与水氮利用效率有重要意义。本文概述了水稻节水灌溉技术、氮肥利用效率与氮肥施用技术、水分与氮素对水稻产量及水氮利用效率的耦合效应、作物-土壤关系及水氮调控机制等方面取得的进展;讨论了存在的问题,这些问题包括:高产水稻作物与土壤的水氮互作效应尚不明确;高产水稻水氮耦合与高效利用的分子机理不清楚;协同提高水稻产量与水氮利用效率的调控途径尚未掌握。针对这些问题,建议今后重点研究:高产水稻作物与土壤的水氮互作效应及其机制;水氮互作调控水稻吸收利用水分和氮素的生理与分子机理;协同提高水稻产量和水氮利用效率的调控途径与关键技术。