孕穗期冷水灌溉对寒地粳稻相关生理指标及叶绿体超微结构的影响

为了研究低温冷害对寒地粳稻生理特性及叶绿体超微结构的影响,以耐冷型粳稻‘东农428’(‘DN428’)、冷敏感型粳稻‘松粳10’(‘SJ10’)为供试材料,于孕穗期进行不同时间的冷水灌溉处理(0、5、10、15d),分析孕穗期冷水灌溉对寒地粳稻功能叶片抗氧化酶活性、活性氧物质含量、渗透调节物质含量、内源激素含量、叶绿体超微结构及产量的影响。结果表明:与对照相比,孕穗期冷水灌溉下,两种寒地粳稻功能叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性、超氧阴离子(O■)和过氧化氢(H_2O_2)含量、可溶性糖(SS),可溶性蛋白(SP)含量均显著升高,增幅随冷水灌溉时间增加而上升,其中‘DN428’功能叶片SOD、POD、CAT和SP的增幅大于‘SJ10’,‘SJ10’功能叶片SS、O■和H_2O_2的增幅大于‘DN428’。冷水灌溉下,与对照相比,寒地粳稻功能叶片内源激素中脱落酸(ABA)含量升高,吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA_3)、玉米素核苷(ZR)含量下降,变化幅度随冷水灌溉时间增加而升高。在孕穗期冷水灌溉下,与对照相比,寒地粳稻产量随冷水灌溉时间增加显著下降,‘SJ10’比‘DN428’下降幅度大。冷水灌溉下,两种粳稻品种叶绿体超微结构均受到不同程度伤害,其中‘DN428’比‘SJ10’叶绿体超微结构受损小。相关分析表明,内源激素ABA与耐冷相关生理指标呈极显著正相关关系,关系最为密切。从回归分析可知,O■含量可作为孕穗期冷水灌溉对寒地粳稻产量影响大小的鉴定指标。     

水稻4种功能营养成分与SSR标记关联分析

以108份水稻种质组成的自然群体为试验材料,鉴定水稻中抗性淀粉(RS)、谷蛋白(Glu)、总黄酮(Tfl)、γ-氨基丁酸(GABA)等4种功能成分含量的性状。利用69个SSR标记分析群体结构,通过TASSEL3.0的GLM和MLM模型作性状和标记关联分析,进一步挖掘优异等位变异及相关载体材料。结果表明,共检测到31个与水稻中4种功能成分含量显著相关的位点,其中13个位点在两种模型中均被检测出显著关联。进一步得到29个优异等位变异。两年两个模型中均检测出RM1374、RM1379和RM27850。     

水杨酸对孕穗期低温胁迫寒地粳稻颖花形成的影响

为探讨外源水杨酸(Salicylic acid,SA)对孕穗期低温胁迫寒地粳稻颖花形成的影响,丰富寒地粳稻化控抗寒研究,试验以耐冷品种东农428和冷敏感品种松粳10号为供试材料,设置5个SA浓度(0.25、0.50、1.00、2.00和4.00 mmol·L~(-1)),设置低温清水对照(Cold)与常温清水对照(CK),分析外源SA对孕穗期低温胁迫寒地粳稻颖花形成、干物质积累及产量的影响。结果表明,与CK处理相比,低温胁迫下水稻产量及产量构成指标显著降低。施用不同浓度SA提高寒地粳稻花粉育性、颖花分化数、籽粒干物质积累量、灌浆速率、产量及产量构成指标,随喷施SA浓度增加,东农428与松粳10号花粉育性、颖花分化数、籽粒干物质积累量、灌浆速率、产量及产量构成指标均表现为先升后降趋势。分析得出,孕穗期低温胁迫下东农428与松粳10号喷施外源SA最适浓度为0.50 mmol·L~(-1)。     

分蘖期低温胁迫下施用外源物质对寒地粳稻生长发育及产量形成的影响

分蘖期低温胁迫导致水稻发育不良,产量下降。γ-氨基丁酸(GABA)、水杨酸(SA)和脯氨酸(Pro)对逆境条件下作物生长发育具有重要调节作用。为探讨分蘖期低温胁迫下施用GABA、SA和Pro对寒地粳稻生长发育及产量形成影响,采用3个独立裂区设计,分别以GABA、SA和Pro浓度为主区,水稻品种(耐冷品种东农428和冷敏感品种松粳10)为副区。正常灌溉为对照,于分蘖期低温灌溉10 d,同时施用不同浓度3种外源物质。结果表明,与分蘖期低温胁迫相比,3种外源物质处理下寒地粳稻分蘖数、株高、叶面积指数、有效(高效)叶面积率、光合势、干物质积累及产量均有增加。外源施用2 mmol·L-1GABA、2 mmol·L-1SA和30 mmol·L-1Pro处理下东农428和松粳10增产幅度最高,为分蘖期低温胁迫下各外源物质最适浓度。     

分蘖期冷水胁迫对寒地粳稻根系生理特性及产量的影响

试验以东农428和松粳10为供试材料,于2018年在东北农业大学阿城实验实习基地开展分蘖期不同天数(0、5、10、15 d)冷水灌溉处理试验,分析分蘖期冷水灌溉对寒地粳稻根系活力、抗氧化系统、渗透调节物质含量、内源激素含量及产量的影响。结果表明,分蘖期冷水灌溉下,寒地粳稻根系SOD、POD、CAT活性和脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量与正常灌溉相比均显著升高,增幅随冷水灌溉时间延长而上升,东农428增幅大于松粳10,但松粳10的O_2~-、H_2O_2和MDA含量增幅大于东农428。冷水灌溉下,两个品种根系内源激素IAA、GA3、ZR含量随冷水胁迫时间延长呈下降趋势,但ABA含量随冷水灌溉时间延长而升高。分蘖期冷水灌溉下,寒地粳稻产量随冷水灌溉天数增加显著下降,松粳10比东农428下降幅度大。     

孕穗期冷水胁迫下施用外源物质对寒地粳稻氮光合效率及产量的影响

【目的】制定减灾保产化控栽培技术,有效抵御寒地粳稻孕穗期低温冷害。【方法】采用裂区试验设计和中心组合试验设计,基于产量相关指标隶属函数值,筛选出寒地粳稻孕穗期冷水胁迫下氯化钙(CaCl₂)、谷氨酸(Glu)、γ-氨基丁酸(GABA)三种外源物质最适施用浓度及其最适浓度配比,并研究孕穗期冷水胁迫下施用最适浓度配比三种外源物质(CGG)对寒地粳稻氮光合效率及产量形成的影响。【结果】1)孕穗期冷水胁迫下施用CGG最适浓度配比为1.87 mmol/L CaCl₂、2.76 mg/LGlu、4.40 mmol/L GABA,隶属函数平均值最大(0.932)。2)与正常灌溉相比,孕穗期低温胁迫下寒地粳稻氮光合效率下降;与孕穗期冷水胁迫相比,施用最适浓度配比CGG可显著提高东农428齐穗期叶面积指数(5.37%)及氮光合效率(4.53%);可显著提高松粳10齐穗期单位面积叶片干物质量(2.56%)和叶面积指数(3.39%)。3)与孕穗期冷水胁迫相比,施用最适浓度配比CGG可提高寒地粳稻抽穗至成熟期干物质积累量,但其积累量仍低于正常灌溉水平,且在品种和处理间存在差异。4)与孕穗期冷水胁迫相比,施用最适浓度配比CGG寒地粳稻产量及产量构成因素均有所上升,但仍低于正常灌溉水平,且对冷敏感的品种影响更为显著。5)与孕穗期冷水胁迫相比,施用最适浓度CGG东农428和松粳10温度生产效率平均增幅分别为5.55%和23.72%。外源CGG对于温度生产效率差异的贡献率为8.99%。【结论】孕穗期冷水胁迫下施用最适浓度配比CGG可通过促进齐穗期叶片生长,进而提高群体氮光合效率,有利于抽穗后干物质积累及产量形成,减轻孕穗期冷水胁迫对寒地粳稻产量造成的损失,提高寒地粳稻温度生产效率。     

孕穗期冷水灌溉对寒地粳稻根系生长及产量的影响

以东农428和松粳10为试验材料,分别冷水灌溉处理0、3、6、9、12、15 d,分析孕穗期冷水灌溉对寒地粳稻根系形态、伤流强度、干物质积累及产量的影响,旨在探究孕穗期低温胁迫下寒地粳稻根系生长规律及其与产量关系。结果表明,与对照相比,孕穗期冷水灌溉下,寒地粳稻根系形态、伤流强度、根部与地上部干重及产量变化规律一致,冷水灌溉持续时间越长,降幅越大。冷水灌溉加快寒地粳稻生育中后期根系衰竭。孕穗期冷水灌溉抑制寒地粳稻根系发生和伸长,齐穗期根系形态和根干物质量显著下降,不利于生育中后期根系对营养物质吸收,地上部干物质积累减缓,地上部向根部运输有机质减少,根系活力降低,根系衰竭加快,致产量下降。孕穗期冷水灌溉下东农428中后期根系形态、根干重、根系活力维持在相对较高水平,地上部干物质积累量和产量变化幅度较小,是东农428耐冷性强于松粳10的主要原因。     

结实期低温胁迫对水稻强、弱势粒淀粉形成与积累的影响

【目的】研究结实期低温胁迫对水稻强、弱势粒淀粉组分含量、积累速率及关键酶活性的影响，明确淀粉合成关键酶活性变化对淀粉积累速率的调控效应，探究强、弱势粒淀粉形成积累差异对水稻产量的影响。【方法】以耐冷型品种东农428和冷敏型品种松粳10为试验材料，设置1个常温处理(白天温度28℃，14h/夜间温度22℃，10 h，7 d)和4个低温处理(17℃，低温处理时间分别为1、3、5、7 d)，分析了结实期低温胁迫对强、弱势粒淀粉组分积累、合成关键酶活性、水稻产量及构成因素的影响，并探讨了灌浆期各阶段淀粉积累差异与酶活性变化的关系。【结果】与对照相比，结实期低温胁迫降低了两个品种水稻强、弱势粒中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、淀粉分支酶(SBE)的峰值活性以及支链淀粉和总淀粉含量，提高了齐穗后28~38 d 低温处理3、5、7 d的颗粒结合型淀粉合成酶(GBSS)活性和直链淀粉含量。与对照相比，各低温处理酶活性最高和淀粉积累最快的时间均有不同程度的推迟，低温处理7 d的影响最大，强、弱势粒低温处理7 d的支链淀粉和总淀粉含量分别在齐穗后13、18 d降幅最大，直链淀粉含量在28 d增幅最大。相关分析表明，强、弱势粒直链淀粉含量及强势粒支链淀粉、总淀粉含量与其最大积累速率呈极显著正相关，弱势粒支链淀粉、总淀粉含量还受到其最大积累速率出现时间的影响。AGPase、GBSS、SSS、SBE活性变化与淀粉积累速率和积累时间早晚密切相关，对淀粉及淀粉组分含量的变化有着明显的影响。同时，结实期低温胁迫显著降低了水稻的千粒重、结实率和产量，且随低温处理天数的增加降幅逐渐增大。结实期低温胁迫对弱势粒中淀粉合成关键酶活性变化影响大于强势粒，弱势粒淀粉合成积累减慢，含量降低，导致水稻千粒重显著下降，产量降低。【结论】就品种而言，耐冷型东农428具有较高的淀粉合成关键酶活性，淀粉及其组分含量较高，在低温胁迫下产量能维持在较高的水平。因此，强、弱势粒淀粉合成关键酶活性对淀粉合成起着非常关键的调控作用，淀粉组分和含量及其变化对产量有着十分重要的影响。