高温对水稻的影响及其机制的研究进展

 随着温室效应和极端天气的不断增加,近年来水稻遭遇高温热害的情况频繁发生,研究高温对水稻危害的机理与对策对稳定和促进水稻生产具有重要意义。综述了高温胁迫对水稻生长发育、产量形成和稻米品质的影响,并从光合特性、抗逆系统、脯氨酸、激素、多胺、蔗糖 淀粉代谢途径关键酶活性和蛋白质组学等方面阐述了其生理机制,提出减轻水稻高温胁迫的调控措施,并对未来深入开展水稻高温逆境的研究提出建议。     

水稻不同粒位籽粒米质对花后不同时段温度胁迫的响应

为探讨花后高温胁迫对水稻籽粒米质的影响,以中熟籼稻扬稻6号和中熟粳稻扬粳9538为材料,研究了灌浆前期(花后0~10 d)和灌浆中期(花后10~20 d)的高温(35℃)对米质的影响,并进一步探讨了不同粒位间的差异。结果表明,与常温CK (25~27℃)相比,灌浆结实期高温处理对稻米品质影响较大,总体上前期(0~10 d)大于中期(10~20 d),且因供试品种和粒间位置而异。灌浆前、中期高温处理,降低了精米率、整精米率、直链淀粉含量,增加了垩白粒率、垩白度和粗蛋白含量;其中,温度对二次枝梗与同枝梗上较迟开花籽粒的碾米品质的影响大于一次枝梗与较早开花的籽粒;前期高温显著增加了一次枝梗和各枝梗上开花较早籽粒的垩白粒率和垩白度;前期高温显著降低了直链淀粉含量,对一次枝梗籽粒的影响大于二次枝梗。不同供试品种对花后不同温度处理的敏感性不同,影响程度亦受花后温度胁迫时段的不同而异。生产上通过合理安排播期、平衡施肥和合理灌溉可以减轻结实期高温胁迫对籽粒品质的影响。     

种植方式和磷素水平互作对陆稻和水稻产量及磷素利用的影响**

以粳型陆稻中旱3号和粳型水稻扬辐粳8号为材料,设置裸地旱种和水种2种种植方式及3种磷素(P₂O₅)水平：低磷(LP),45 kg hm^-2;常磷(NP),90 kg hm^-2;高磷(HP),135 kg hm^-2。结果表明,在旱种条件下,增加施磷量,陆稻和水稻HP和NP的产量和磷素累积量均较LP显著增加,陆稻HP和NP的磷素物质生产效率和磷素籽粒生产效率较LP显著下降,而水稻的差异不显著; 在水种条件下,陆稻的产量、磷素累积量和磷素籽粒生产效率HP较NP差异不显著,但较LP显著增加,磷素物质生产效率HP较NP显著下降,水稻产量、磷素累积量HP较NP有下降趋势,磷素物质生产效率和磷素籽粒生产效率HP和NP之间差异不显著。旱种使稻株不定根数减少,磷素累积量降低,磷素物质生产效率增加,磷素籽粒生产效率下降,产量下降,但水稻产量下降幅度比陆稻更大。与水稻相比,陆稻不定根数少,磷素累积量少,成穗数少,结实率和千粒重高,产量较低,磷素物质生产效率和磷素籽粒生产效率增加。种植方式×磷素水平的互作对水稻和陆稻花后磷素累积量、磷素籽粒生产效率和不定根数、磷素物质生产效率有显著和极显著影响。花后磷素累积量与产量和不定根数呈极显著正相关,与磷素利用率呈极显著负相关。在旱种条件下,增加施磷量可以增加陆稻和水稻的产量,但无论旱种还是水种,水稻和陆稻产量对磷素响应有差异。     

超级稻弱势粒灌浆机理及其调控技术研究

水稻籽粒灌浆是水稻生长的重要生理过程,直接影响到水稻的结实和产量。从籽粒灌浆特性、激素和酶等方面分析了超级稻籽粒充实不良的成因与机理及提高超级稻籽粒充实的调控途径,旨在揭示水稻的强弱势籽粒灌浆差异的机理,为有效地挖掘超级稻高产潜力提供理论依据。     

水稻育苗移栽旱种方式对米质的影响及其与籽粒激素浓度的关系

 【目的】探讨育苗移栽水稻在不同旱种方式下米质形成的特点及其与籽粒激素浓度的关系。【方法】试验以镇稻88（粳稻）和扬稻6号（籼稻）为材料,进行无覆盖旱种（裸种,BN）、地膜覆盖旱种（PM）和麦秸秆覆盖旱种（SM）处理,以常规水种（TF）为对照。【结果】与TF相比,BN和PM显著降低了产量,SM的产量与TF无显著差异。SM显著降低了垩白米率、垩白度和消减值,显著增加了胶稠度、碱消值和崩解值。BN和PM对上述稻米品质的影响与SM的相反。稻米直链淀粉含量和蛋白质含量在各处理间无显著差异。两品种表现一致。结实期籽粒吲哚-3-乙酸（IAA）、赤霉酸（GA1＋GA4）、玉米素（Z）＋玉米素核苷（ZR）浓度在灌浆早期处理间差异很小,在灌浆中、后期则表现为SM＞TF＞PM＞BN,乙烯释放速率则表现为BN＞PM＞TF＞SM。籽粒脱落酸（ABA）浓度在SM、PM和TF之间无显著差异。在各处理中,BN籽粒ABA浓度在灌浆前期最低,灌浆中后期则最高。灌浆中后期籽粒IAA和GA1＋GA4、灌浆前中期籽粒ABA及灌浆各期籽粒Z＋ZR浓度与粒重、出糙率、精米率和崩解值呈显著或极显著正相关（r=0.71*～0.96**）,与消减值呈显著或极显著负相关(r=-0.76*～-0.91**)。灌浆后期籽粒IAA和Z＋ZR浓度与垩白粒率和垩白度呈显著或极显著负相关（r=-073*～-0.85**）。灌浆各期籽粒乙烯释放速率与粒重、出糙率、精米率、碱消值和崩解值呈显著或极显著负相关（r=-0.71*～-0.91**）,与垩白粒率、垩白度和消减值呈显著或极显著正相关（r=0.73*～0.93**）。【结论】覆草旱种可以改善稻米品质,裸地旱种和覆膜旱种则使品质变差;促进型激素浓度的降低和乙烯产生的增加是裸地旱种和覆膜旱种稻米加工品质和外观品质较差的重要原因。     

结实期土壤水分和灌溉方式对水稻产量与品质的影响及其生理原因

以水稻品种武育粳3号(粳稻)和扬稻6号(籼稻)为材料, 研究了结实期土壤水分和灌溉方式对产量、米质、籽粒中淀粉合成关键酶活性和内源乙烯释放速率的影响及它们之间的关系。结果表明, 与WW(保持水层, well-watered)或CI(常规灌溉, conventional irrigation)相比, 土壤轻度落干(MD, moderate soil-drying, 土壤水势保持在–10 ~ –30 kPa)和轻干湿交替灌溉(W-MD, alternate wetting and moderate-drying irrigation, 土壤落干至土水势为–25 kPa时复水)显著提高了千粒重、稻米的最高黏度和崩解值, 显著降低了垩白度和消减值; 土壤干旱(SD, severe soil-drying, 土壤水势保持在– 40~ – 60 kPa)和重干湿交替灌溉(W-SD, alternate wetting and severe-drying irrigation, 土壤落干至土水势为– 50 kPa时复水)则使稻米品质变劣。MD和W-MD处理显著降低了籽粒乙烯释放速率, 增加了灌浆中后期籽粒中蔗糖合酶(SuS)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGP)、淀粉合酶(StS)和淀粉分支酶(SBE)活性, SD和W-SD处理则提高了籽粒内源乙烯释放速率, 降低了上述各酶的活性。说明结实期土壤轻度落干或轻干－湿交替灌溉可以改善稻米品质, 籽粒SuS、AGP、StS和SBE活性的增强和内源乙烯水平的降低是稻米品质改善的重要生理原因。     

减数分裂期高温胁迫对耐热性不同水稻品种产量的影响及其生理原因

以两个耐热性不同的籼稻品种为材料,在减数分裂期进行高温(白天温度>35℃)处理,以同期自然温度(白天温度<33℃)为对照,研究减数分裂期高温对产量的影响及其生理机制。结果表明,高温处理与对照相比,显著降低了热敏感品种双桂1号的花药开裂率及花粉育性,对耐热品种黄华占影响较小;明显降低了每穗颖花数、结实率和粒重,从而使产量显著下降,其中耐热品种下降幅度小于热敏感品种;热敏感品种粒宽显著缩短,长宽比显著增大,而对耐热型品种影响不大;明显降低了水稻的根系活力和幼穗的核糖核酸(RNA)含量,显著增加了叶片丙二醛(MDA)含量和幼穗的乙烯释放速率,热敏感品种变化幅度大于耐热品种;显著增加了耐热品种叶片的抗氧化酶活性,对热敏感品种无显著影响。总之,根系活力和抗氧化保护系统能力强、RNA含量高、MDA含量低及乙烯合成少是耐热性品种在高温胁迫下保持较高产量的重要生理原因。     

不同种植方式下氮素营养对陆稻和水稻产量的影响

以粳型陆稻中旱3号和粳型水稻扬粳9538为材料, 设置裸地旱种和水种两种方式及低氮(LN, 100 kg hm^-2)、中氮（NN, 200 kg hm^-2）和高氮(HN, 300 kg hm^-2) 3种N素水平, 比较研究了氮素营养对陆稻和水稻产量形成的影响。结果表明, 旱种HN处理下陆稻和水稻的产量以及水种HN处理下水稻的产量较NN有所下降; 但水种HN处理下陆稻的产量较NN增加; 随施N量增加, 水、陆稻在两种种植方式下穗数均增加, 每穗粒数表现不一, 结实率均下降, 但陆稻降幅小于水稻, 陆稻千粒重差异不显著, 而水稻则显著下降。与水种相比, 旱种条件下陆稻的千粒重无显著变化, 而水稻千粒重则显著下降, 水、陆稻旱种的结实率均有所提高, 但陆稻的提高幅度大于水稻。与水稻相比, 陆稻不定根数少, 吸N能力低, 分蘖能力弱, 成穗数少、穗型小, 产量较低。拔节至抽穗期不定根数的增幅大, 叶片含N率下降慢, 花后叶片含N率和剑叶叶绿素（SPAD）值下降快。陆稻光合生产力对水分胁迫的负响应小, 对增施N素正响应大。表明陆稻和水稻对种植方式和N素的响应有明显差异。对陆稻和水稻的产量增产途径进行了讨论     

覆草旱种对水稻灌浆期生理活性的影响

以籼型三系杂交稻组合汕优63以及常规籼稻扬稻6号为材料,通过稻草覆盖旱种、地膜覆盖旱种、裸地旱种和常规水种（对照）比较试验,研究了旱种对水稻灌浆期间生理活性的影响。结果表明,旱种稻叶片叶绿素含量、剑叶光合速率以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性均低于水种水稻,后期尤为明显;旱种稻丙二醛（MDA）含量高于水种水稻,灌浆中后期旱种稻根系活力下降较快;上述生理指标（MDA除外）水种〉覆草旱种〉覆膜旱种〉裸地旱种。表明与其他旱种方式相比,覆草旱种水稻的群体质量相对较好,后期生理活性较高。对覆草旱种与覆膜旱种及水种在生理活性上的差异进行了讨论。     

不同种植方式下氮素营养对陆稻中旱3号和水稻扬粳9538米质的影响

以粳型陆稻中旱3号和粳型水稻扬粳9538为材料,设置裸地旱种和水种两种方式及低氮(100 kg hm^-2)、常氮(200 kg hm^-2)和高氮(300 kg hm^-2) 3种氮素水平,比较了陆稻和水稻米质的差异。结果表明,旱种高氮处理下陆稻和水稻的产量以及水种高氮处理下水稻的产量较常氮有所下降,但水种高氮处理下陆稻的产量较常氮增加;增加施氮量使陆稻的垩白粒率和垩白度均先增加后下降,两品种稻米的直链淀粉含量下降,蛋白质含量增加,而水稻在旱种方式下垩白粒率和垩白度下降,在水种方式下增加。陆稻以常氮处理及水稻以低氮处理的崩解值最高,消减值最小。旱种使陆稻外观和营养品质有所改善;陆稻和水稻旱种的其他品质指标与水种无显著差异。与水稻相比,陆稻的营养品质较优,外观和蒸煮品质稍差,其蒸煮和营养品质指标与叶片含氮率的相关程度较低。表明陆稻和水稻的米质对种植方式和氮素的响应有明显差异。对陆稻和水稻的高产优质栽培途径进行了讨论。