杂交水稻光合和荧光特性对高CO2浓度的动态响应

为探究大气二氧化碳 (CO₂) 浓度增高对杂交水稻光合和荧光特性的动态影响,利用开放式空气中CO₂浓度增高(FACE)系统,研究高CO₂浓度对大田水稻不同生育期叶片光合和荧光参数的动态影响及其种间差异。以高产杂交组合甬优2640和Y两优2号为试验材料,设置环境CO₂和高CO₂浓度2个水平,测定2个品种气体交换和荧光参数。结果表明,大气CO₂浓度升高使2个品种平均叶片净光合速率(Pn)在移栽后30、59、76、91和108 d分别增加25%、16%、25%、18%和8%,除移栽后108 d外,均达极显著水平(P<0.01);甬优2640移栽后76和91 d叶片Pn对CO₂的响应明显大于Y两优2号。除灌浆末期外,CO₂浓度升高使2个品种叶片气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均呈下降趋势,且Y两优2号的降幅多大于甬优2640。CO₂熏蒸下叶片气孔部分关闭,但叶片胞间与周围空气中CO₂浓度之比无显著变化,甚至明显增加。大气CO₂浓度升高使2个品种灌浆末期PSⅡ最大光化学量子产量均下降4%,但对其他各期均无显著影响;除灌浆末期外,CO₂浓度升高使PSⅡ实际光量子产量和光化学猝灭均显著增加。两杂交组合叶片光合参数对高CO₂浓度的动态响应多存在种间差异,但荧光参数的响应品种间差异较小。本研究结果为增强气候假定情景下水稻响应的预测能力并制订应对策略提供了依据。     

大气环境变化导致水稻品质总体变劣

气候变化将改变作物的生长环境,进而影响作物产量和品质。气候变化对重要粮食作物水稻产量形成的影响已有很多报道,但对同样重要的品质研究较少。在简要介绍实验平台基础上,本文总结了气候变化对水稻品质影响的研究进展。品质性状分为加工、外观、蒸煮/食味、营养和饲用品质,气候变化包括大气CO_2浓度升高、近地层O_3浓度增高和气温升高等,本文重点聚焦大气组分变化及其与高温的互作。已有文献表明,气候变化对水稻品质的影响尚存在诸多不确定性,但本文也发现了一些重要趋势,这些趋势多为不利的变化。高CO_2浓度、高O_3浓度或高温环境下生长的水稻表现出垩白增加、碎米增多的趋势;高CO_2浓度导致稻米蛋白质和多种元素浓度下降,但食味品质可能变优;臭氧胁迫水稻的食用和饲用品质均有变劣趋势。目前这方面认知多来自于单一气候因子的影响研究,但已有少量研究观察到CO_2与温度或O_3之间的交互作用;另外,水稻品质性状对气候变化的响应可能还受熏蒸方式、基因型和施肥量等影响。未来这一领域需继续利用不同尺度的试验平台验证已有趋势并拓展研究内容,在这基础上评估气候变化因子之间以及与其他因子的交互作用,重点揭示这些交互作用的内在机制,以便开发出真正适应未来气候变化的稻作生产技术。     

臭氧浓度增加对超级稻南粳9108稻穗不同部位籽粒氨基酸含量的影响

为了解臭氧浓度升高对稻米品质的影响,2015年以高产优质超级粳稻南粳9108为供试材料,利用自然光气体熏蒸平台,设置对照(18 n L·L~(-1))和高浓度臭氧(100 n L·L~(-1))处理,研究了臭氧浓度增加对成熟期稻穗不同部位糙米氨基酸性质的影响。结果表明:臭氧浓度增加使稻米氨基酸、必需和非必需氨基酸总量显著增加,但对必需或非必需氨基酸占氨基酸总量的百分比无显著影响;从氨基酸组分看,除半胱氨酸外,臭氧浓度增加使糙米中7种必需氨基酸和9种非必需氨基酸的含量均呈增加趋势,其中苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、亮氨酸、络氨酸、天冬氨酸和苯丙氨酸的增幅均达显著或极显著水平;总体上,稻穗下部稻米氨基酸及其组分浓度对臭氧浓度增加的响应大于稻穗上、中部,其中臭氧处理与籽粒着生部位对苯丙氨酸、络氨酸、组氨酸、精氨酸有明显的互作效应(P0.1)。以上数据表明,100 n L·L~(-1)臭氧浓度使供试超级稻稻米氨基酸及其组分浓度明显增加,且多数情况下弱势粒的增加趋势大于强势粒。     

高CO2浓度和剪叶疏花对水稻‘Y两优2号’ 产量形成的影响

利用稻田FACE(Free Air CO_2 Enrichment)平台,以创造世界高产纪录的超级稻组合‘Y两优2号’为试验材料,CO_2处理设环境CO_2浓度[(382.5±2.0)μmol·mol-1]和高CO_2浓度(增200μmol·mol-1)两个水平,齐穗期源库改变设对照、剪除剑叶(剪1叶)、剪除所有功能叶(剪3叶)以及相间剪除一次枝梗(疏花),研究开放条件下高CO_2浓度对不同源库处理水稻产量及其构成因子的影响。结果表明,对没有进行剪叶疏花处理的水稻(即对照)而言,高CO_2浓度使‘Y两优2号’籽粒产量平均增加12%,这主要与每穗颖花数和结实能力均略有增加有关。高CO_2浓度使剪1叶、剪3叶处理水稻的产量分别增加26%和57%,这主要与饱粒率和所有籽粒平均粒重均大幅增加有关。对齐穗期疏花处理水稻而言,高CO_2浓度导致的产量增幅与对照水稻接近。与对照相比,齐穗期剪1叶、剪3叶处理使水稻籽粒产量分别降低17%和52%,均达极显著水平,这主要与饱粒率和所有籽粒平均粒重均显著下降有关;尽管齐穗期疏花处理使水稻结实能力显著增加,但因每穗颖花数减半,产量大幅下降(-29%)。籽粒最终产量对高CO_2浓度的响应与饱粒率和所有籽粒平均粒重的响应呈显著正相关。以上结果表明,水稻齐穗期人为改变源库比例(特别是剪叶)可以改变籽粒结实能力和最终产量对高CO_2浓度的响应。     

拔节期追氮量对春播和秋播糯玉米粉糊化特性的影响

 【目的】明确拔节期追氮量对春播和秋播糯玉米粉糊化特性的影响。【方法】试验于扬州大学实验农牧场进行,以国家糯玉米区域试验对照品种(苏玉糯5号、垦粘1号和苏玉糯1号)为材料,研究拔节期追氮量(0、150和300 kg?hm-2)对春播和秋播糯玉米粉糊化特性的影响。【结果】拔节期追氮量、播期和品种单因子及其互作对糊化特征值存在显著影响。总体上,糯玉米粉糊化特征值在拔节期追氮150 kg?hm-2处理和秋播条件下较优,即具有较低的糊化温度、较短的峰值时间和较高的峰值黏度、崩解值、谷值黏度和终值黏度,且这些指标以苏玉糯5号表现较好。糯玉米粉糊化特征值之间存在一定的相关性,峰值黏度、谷值黏度、崩解值和终值黏度两两显著或极显著正相关,且这4项特征值与峰值时间和糊化温度负相关,峰值时间和糊化温度极显著正相关,回复值和终值黏度极显著正相关。【结论】综合考虑在不同播期下拔节期追氮量对糯玉米粉糊化特性的影响,秋播糯玉米粉在拔节期追氮150 kg?hm-2下糊化特性较优,即具有较高的峰值黏度和崩解值,较短的峰值时间和较低的糊化温度。     

精确施氮对苏玉20产量及群体质量的影响

为探明玉米超高产(≥13 500kg.hm-2)群体在本地的形成规律,以苏玉20为试材,通过不同的施氮水平及3:6:1的基肥、穗肥、粒肥施氮方案的试验,实现籽粒最高产量15 663.4kg.hm-2的目标。苏玉20超高产群体形成的规律为:促开花期有较大的LAI(达到7.0以上),并减缓灌浆期LAI下降速率,同时提高粒叶比;加大吐丝期干物质积累量和灌浆前期干物质积累速率,以促使整个生育期内总干物质积累量达到30 000kg.hm-2以上;减缓灌浆期净光合速率下降到40%以下。精确施氮可有效调节超高产群体质量,增加总粒数,进而提高产量。苏玉20籽粒产量(y)与施氮量(x)的关系为y=-0.472 1x2+430.79x-83 670(R2=0.985 6),其最佳施氮量、超高产施氮范围分别为456.2、407.9～504.6kg.hm-2。     

开放式空气中CO_2浓度和温度增高对水稻叶片叶绿素含量和SPAD值的动态影响

【目的】针对不断增高的大气二氧化碳(CO_2)浓度和温度,研究这两个重要环境因子及其互作对大田生长水稻叶片叶绿素含量和SPAD值的动态影响。【方法】利用农田T-FACE(Temperature-Free Air CO_2 Enrichment)系统,以高产优质粳稻武运粳23为供试材料,设置两个CO_2浓度(环境CO_2浓度和高CO_2浓度)和两个温度处理(环境温度和高温),测定自然生长环境下水稻不同生育期叶片的叶绿素含量及SPAD值。【结果】550μmol/mol CO_2浓度使水稻移栽后41、77、94 d叶绿素a,b和a+b含量均增加(最大增幅为6.4%),但移栽110、119 d后均减少(最大降幅为5.4%)。由于叶绿素b含量对CO_2较叶绿素a含量更敏感,故高CO_2浓度使移栽后41、77和94 d叶绿素a/b值均下降,降幅分别为4.7%、2.3%和0.9%,但移栽110和119 d后分别增加1.9%和5.3%;以上对CO_2的响应多达显著水平。对叶片SPAD值而言,高CO_2浓度对水稻生长前、中期的影响较小,但移栽110和119 d后分别下降3.5%(P=0.1)和19.1%(P0.01)。大田生长期增温1℃,各期叶绿素a、b以及a+b含量多呈增加趋势,叶绿素a/b值表现相反,但总体上变幅小于CO_2效应;高温对水稻前、中期叶片SPAD的影响较小,但移栽110和119d后SPAD值平均下降7.1%和14.8%,均达极显著水平。CO_2与温度处理对上述测定参数多无显著互作效应,但CO_2浓度、温度处理与生育期之间多存在明显的互作效应。【结论】大气CO_2浓度增高有利于水稻生长前中期叶片叶绿素的形成,但生长后期叶绿素含量和SPAD值均明显下降且伴随叶绿素a/b值的显著升高,这种早衰现象在不同生长温度下趋势一致。     

水稻花后叶面锌和尿素配施对稻米锌营养的影响

为研究水稻花后单独叶面施锌及配施尿素对不同品种糙米和精米锌含量及生物有效性的影响及其原因,以11个种子锌含量不同的水稻品种为试验材料,于开花期、花后6 d和12 d叶面分别喷施0.5% ZnSO₄（ZnSO₄）和0.5% ZnSO₄+1%尿素（ZnSO₄-Urea）,同期喷施等量清水作为对照,测定各品种成熟期糙米和精米的锌营养指标及花后剑叶气孔相关性状。结果表明：与精米相比,糙米的锌含量、植酸含量和植酸与锌摩尔比平均分别极显著增加31%、222%和151%。ZnSO₄、ZnSO₄-Urea处理使糙米锌含量较对照分别极显著增加28.2%和31.5%,精米锌含量分别极显著增加22.2%和27.6%。ZnSO₄、ZnSO₄-Urea处理对糙米、精米植酸含量均没有影响,但植酸与锌摩尔比均极显著降低,其中糙米两处理下均降低24.3%,精米则分别降低17.2%、20.3%。锌处理与品种或部位的互作对稻米锌含量有极显著影响,锌处理与部位的互作对植酸与锌摩尔比亦有极显著影响。相关分析表明,糙米及精米锌含量在叶面施锌后的增幅与开花期气孔导度均呈极显著正相关,而与稻米本身的锌含量呈显著负相关。由此可知,花后叶面施锌处理使稻米锌营养水平明显增加,增幅总体表现为籼稻大于粳稻,糙米大于精米,叶面锌肥与尿素配施效果更好;水稻种子锌水平低及其叶片气孔导度大均有利于叶面锌肥的吸收。     

播期对高产春玉米产量及光合特性的影响

以3个春玉米品种为材料,通过早、中、晚3个播期以及直播、移栽2种播种方式的随机区组试验,研究播期对高产(≥13 500kg·hm-2)春玉米产量及产量构成因素和光合特性的影响。结果表明:早播可避开苗期飞虱、开花期高温高湿等不利环境,保证灌浆期较理想的光合条件,稳定总穗数,并促进大穗的形成;在相同密植条件(82 500株·hm-2)下,播期和播种方式对产量的影响主要在于增加千粒重,同时增加或稳定总穗数;早播和乳苗移栽促使春玉米开花期叶片有着较大的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率及较小的灌浆期下降幅度,并保持灌浆期有着较大的光合速率,而胞间CO2浓度变化规律与此相反。     

不同施氮水平对超高产夏玉米氮磷钾积累与分配的影响

为探明不同施氮水平下玉米超高产(≥13 500 kg hm^-2)群体氮磷钾积累及分配规律，通过苏玉20、浚单20两品种3年不同氮肥运筹方案的试验，实现了籽粒最高产量14 753 kg hm^-2的目标。结果表明：(1)随着生育进程，两品种氮磷钾在植株、籽粒中积累逐渐增大，在叶片、茎秆、叶鞘中呈先单峰变化趋势，叶片氮钾峰值在大口期，磷峰值在开花期。增大灌浆期植株氮积累量及叶片氮转移率，促使成熟期籽粒氮磷较大积累量，利于超高产玉米群体的形成。(2)籽粒产量、1 kg氮生产籽粒量、氮肥的农学效率、氮素利用率、植株(及叶片、茎秆、叶鞘、籽粒等器官)氮磷钾含量在450 kg hm^-2施氮水平时达到最大值，其值(苏玉20)分别为14753 kg hm^-2、44.0 kg、19.24%、38.63%、335.4 kg hm^-2、178.2 kg hm^-2、230.7 kg hm^-2，过高过低施氮均使氮磷钾积累量及产量下降。(3)由两品种产量与施氮水平的回归方程，确定了超高产时的最佳施氮量、超高产施氮水平和最佳施氮范围，苏玉20分别为457.0 kg hm^-2、418.3~495.7 kg hm^-2、418.5~495.4 kg hm^-2；浚单20分别为452.7 kg hm^-2(最佳施氮量)、410.8~494.6 kg hm^-2 (最佳施氮范围)。