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。     

甬优系列籼粳杂交稻根系形态与生理特征

以甬优籼粳杂交稻群体(A)为研究对象,在稻麦两熟制机插高产栽培条件下,以三系杂交粳稻群体(B)、超级常规粳稻(C)和超级杂交籼稻群体(D)为对照的试验,旨在揭示甬优系列籼粳杂交稻超高产根系形态生理特征。结果表明:(1)在生育中、后期,A的根系干重、地上部干重、根尖数、根系长度、根系表面积、根系体积及根冠比均显著高于B、C和D。(2)抽穗期不定根(根径0.3 mm)的根尖数、根系长度、根系表面积和根系体积占总根的比例表现为A大于B和C,小于D;细分支(根径≤0.1 mm)与粗分支(0.1 mm根径≤0.3 mm)的根尖数、根系长度、根系表面积和根系体积占总根的比例均表现为A大于D,小于B和C。抽穗期土层0~5 cm、5~10 cm和10~15 cm范围根干重占根系总干重的比例表现为A大于B和C,小于D;土层15~25 cm、25~35 cm、35~45 cm、45~55 cm范围根干重占根系总干重的比例表现为A大于D,小于B和C。(3)A抽穗后根系总吸收面积、根系活跃吸收面积、根系伤流强度以及根系氧化力和根系还原力均高于B、C和D。与杂交粳稻、常规粳稻和杂交籼稻相比,甬优系列籼粳杂交稻具有根冠协调水平高、群体根量大、分支结构优、根系深扎性好以及中、后期生理活性强等优势,这种根系特征为其超高产的实现提供了重要保障。     

超级稻根系形态生理特征及其与产量形成的关系

2011年与2012年于水培池种植超级稻品种两优培九(两系杂交籼稻)和扬粳4038 (粳稻)及常规高产品种扬稻6号(籼稻)和扬辐粳8号(粳稻),观察各生育期根系形态生理特征及其与产量形成的关系。结果表明,与常规高产品种相比,超级稻品种具有强大的产量潜力,其高产潜力主要得益于较多的每穗颖花数与较大的总库容量(单位地面积颖花量)。超级稻品种在整个生育期较大的根量、生育早中期较高的单株根系氧化力、根系总吸收表面积与活跃吸收表面积及根系中较高的玉米素与玉米素核苷含量是其产量库容大和产量高的重要原因。超级稻存在着结实率较低的问题,这可能与其在灌浆期根系活性下降较快有关。提高超级稻灌浆期根系活性,是提高其结实率、促进其产量进一步提高的重要途径。     

高产栽培条件下种植方式对超级稻根系形态生理特征的影响

为探明高产栽培条件下不同种植方式对超级稻根系形态生理特征的影响,以超级稻品种淮稻9号和徐稻3号为材料,对旱育中苗壮秧精量手栽、小苗机插、直播3种种植方式水稻的根系形态生理特征进行了比较研究。结果表明：(1)不同种植方式超级稻产量差异极显著,与手栽相比,机插和直播分别减产5.05%和13.68%。(2)群体根数,直播>机插>手栽,但随生育进程差异越来越小,总根长拔节期直播>机插>手栽,抽穗期和成熟期,机插>手栽>直播;单茎根数不同种植方式间差异较小,总根长手栽>机插>直播,不同方式间差异大都达到显著水平;每条根长手栽和机插间差异不显著,均显著高于直播,根直径手栽>机插>直播,不同方式间差异显著。(3)群体根系干重拔节期机插和直播间差异不显著,均极显著高于手栽,抽穗期不同方式间差异均不显著,成熟期手栽>机插>直播,不同方式间差异极显著,抽穗后根系干重衰减率直播>机插>手栽,不同方式间差异显著;单茎根系干重拔节期、抽穗期和成熟期均手栽>机插>直播,不同方式间差异大都达到极显著水平,抽穗后根系干重衰减率直播与机插间差异不显著,均显著高于手栽;地上部干重手栽、机插、直播依次减小,根冠比则依次增大。(4)与手栽相比,机插和直播根系主要分布在0~10 cm的土层内,特别是直播,65%的根系分布在0~5 cm的土层内;0~5 cm土层根系干重占根系总干重的比例手栽、机插、直播依次增大,5~10 cm、10~15 cm和15 cm以下均依次减小。(5)群体根系吸收面积拔节期差异不显著,抽穗期手栽>机插>直播,不同方式间差异极显著,成熟期手栽和机插间差异不显著,均极显著高于直播;单茎根系吸收面积拔节期和成熟期手栽与机插间差异不显著,均极显著高于直播,抽穗期手栽>机插>直播,不同方式间差异极显著。(6)抽穗后群体根系伤流强度手栽、机插、直播依次增大,单茎根系伤流强度则依次减小。说明不同种植方式对超级稻的根系形态生理特征有明显影响,每条根长和根直径的不同以及根系在土层中的分布不同是不同种植方式水稻根系性状的两个显著特征。与手栽和机插相比,直播根系分布浅,每条根长和根直径小,群体根数多,但单茎根系总长短,根系干重低,吸收面积和抽穗后伤流强度小;机插与手栽相比,根直径小,根系分布浅,抽穗后群体和单茎根系干重低、下降快,单茎根系总长和伤流强度小。     

水稻高产氮高效型品种的根系形态生理特征

选用低产氮低效型、高产氮中效型和高产氮高效型具有代表性的6个粳稻品种,在各自最适氮素水平下,研究了根系形态生理特征的差异。结果表明,较之低产类型品种,高产类型品种在根干重、根体积、根系总吸收表面积、活跃吸收表面积、根系α-NA氧化量及根系伤流强度等方面在各个生育时期均存在着明显的优势,说明生产力的提高伴随着根系形态特征的改善和生理活性的加强。同为高生产力类型品种,因氮利用率的差异根系形态生理特征表现不同。较之高产氮中效类型,高产氮高效型水稻的群体根干重、群体根体积、群体根系伤流强度和根系总吸收表面积均有所降低,而单茎根干重、单茎根体积、单茎根系伤流强度、活跃吸收表面积比及根系α-NA氧化量却有显著或极显著提高。表明适当控制高生产力水稻的群体生长量,促进群体和个体协调发展,着力提高抽穗后单茎根系质量,将是水稻高产和氮高效协调统一的可靠途径。     

江苏省粳稻品种近60年演进过程中产量与形态生理特征的变化

以江苏省近60年来各阶段具有代表性的12个粳稻品种(含超级稻)为材料,依据种植推广年代结合株型和基因型将其分为20世纪50年代、60年代、70年代、80年代、90年代和2000年以后6个类型,研究了品种演进过程中产量和形态生理的变化特征。结果表明,随着品种演进产量逐步提高,其原因主要是总颖花量的增加,而这又主要由于每穗粒数的显著增多。自早期的50年代品种,结实率逐步提高,但90年代品种和2000年以后的超级稻品种,结实率有下降的趋势,穗数和千粒重无明显变化。随着品种演进,生物产量和收获指数同步提高,以抽穗后增加的量尤为明显,主要生育期根干重、根冠比、根系氧化力和叶片光合速率显著增加,但现代超级稻品种的根系活力和叶片光合速率在结实期下降较快。品种改良提高了抽穗期总叶面积、有效叶面积、高效叶面积和粒叶比,还增加了穗长、着粒密度、一次和二次枝梗数目。由20世纪50年代到90年代品种,植株高度降低,而2000年以后的超级稻品种显著上升,升至120cm左右。抽穗期顶三叶叶片角度则随品种更替显著降低。上述结果说明随品种演进,粳稻的农艺、生理性状和产量均有明显改良,但超级稻较低的结实率限制了其产量潜力的发挥。     

南朝鲜籼粳交水稻品种的评价与利用

南朝鲜于60年代后期,根据本地区气侯特点,将水稻育种工作从粳稻为主转向以籼稻血统为主的籼粳杂交。在国际水稻所的协助下,1971年从 IR667(Ir8//Yukara/TN_1)杂交组合中育成了第一个籼粳交品种——统一,产量比一般粳型品种高30％,1972年推广种植270万亩,占水稻总面积的16％。此后针对该品种米质     

植物适应缺磷胁迫的根系形态及生理特征研究进展

磷是植物生长所需的一种重要矿质元素，但它在土壤中有效性是非常低的。在缺磷胁迫下，植物会产生一系列的包括根系形态及生理方面的适应性变化。就这方面的研究进展作了简要的论述。     

水稻产量对氮肥响应的品种间差异及其与根系形态生理的关系

以籼稻天优华占、两优培九和粳稻陵香优18、宁粳1号为材料,研究了水稻产量对氮肥的响应。结果表明,水稻产量对施氮量的反应存在明显的品种间差异。上述4个水稻品种在获得最高产量(10.1~10.3 t hm^-2)时,天优华占和陵香优18所需施氮量为242.5~255.5 kg hm^-2,明显低于两优培九和宁粳1号的327.3~328.0 kg hm^-2。天优华占和陵香优18的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均明显高于两优培九和宁粳1号,表明天优华占和陵香优18产量对氮肥的反应较两优培九和宁粳1号敏感。在高产(10.5~10.9 t hm^-2)条件下,天优华占和陵香优18主要生育期根系的重量、长度和总吸收表面积低于两优培九和宁粳1号,而根系活跃吸收表面积及其占总吸收表面积的比例、根系伤流量以及根系活力则显著高于两优培九和宁粳1号。上述结果表明,通过栽培措施调控或选用根系活跃吸收表面积、根系伤流量和根系活力高的水稻品种将更有利于降低水稻施氮量和提高产量及氮肥利用效率。     

侧深施肥下水稻高产形成的根系形态及其生理变化特征

水稻侧深施肥是均匀地将肥料深施在秧苗一侧土壤根际的一种不对称局部施肥技术,具有减肥增产、提高肥料利用率和减少劳动力投入等优点,然而侧深施肥下水稻根系特征及其与产量形成的关系尚不清楚。本试验以丰粳1606和南粳9108为材料,设置普通尿素常规施肥(conventional fertilization with common urea, CF)、缓释肥减氮15%表施(conventional fertilization with 15% reduction of control released fertilizer,CFCR)、普通尿素减氮15%侧深施肥(side-deep fertilization with 15% reduction of commonurea,SDCU)和缓释肥减氮15%侧深施肥(side-deepfertilization with 15% reduction of control released fertilizer, SDCR) 4种氮处理,研究不同施肥方式对水稻根系形态结构和生理特征以及产量的影响。结果表明:(1) SDCR处理水稻产量最高,其次分别为C...     

超高产常规粳稻宁粳1号和宁粳3号群体特征及对氮的响应

2007-2008年对宁粳1号和宁粳3号的丰产示范方进行调查,2008年以宁粳3号为材料进行氮肥用量和前后比例试验,研究常规粳型超级稻超高产群体特征及对氮的响应。结果表明,常规粳型超级稻宁粳1号和宁粳3号抽穗后干物质积累占籽粒产量的70%~80%,茎叶等营养器官的表观转运率少,易高产稳产。足够的颖花量是高产稳产的保证,要达到11.0 t hm^-2以上的产量,颖花数要 ≥ 42 000 m^-2;要达到11.7 t hm^-2以上的产量,颖花数要 ≥ 45 000 m^-2,同时结实率 ≥ 90%,粒重 ≥ 26 mg。超高产群体抽穗期适宜叶面积指数(LAI)为7.0~7.5,叶色呈“黑黄”节奏变化,后期生长速率(CGR)高,收获指数(HI)≥ 0.5。氮肥的适量施用和适当后移,不仅可以保证宁粳1号和宁粳3号生育期“黑黄”节奏变化,建立抽穗期适宜LAI的群体,还可以保持超高产株型特征,提高抽穗后LAI、叶面积维持期、CGR和HI,最终实现超高产量。     

大穗型超级杂交粳稻辽优3072生理生化特性研究

为了研究北方大穗型杂交粳稻超高产的生理基础,为选育大穗型的北方杂交粳稻提供育种理论。对北方大穗型超级杂交粳稻辽优3072进行了产量结构和生理特性的研究。结果表明:与大穗型恢复系C52和小穗稳产型推广品种辽粳294相比,辽优3072灌浆中后期,叶片与根系的SOD、CAT、POD活性高、Vc、脯氨酸、叶绿素与可溶性糖含量较高,根系MDA含量较低,从而使辽优3072叶片同化产物生产旺盛,根系不早衰,有利于抵抗衰老和逆境,这是大穗型杂交稻辽优3072获得超高产的生理生化基础。同时也探讨了辽优3072各生理生化指标与亲本之间的关系。辽优3072的叶片SOD和CAT含量与父本显著相关,总叶绿素含量与母本显著相关,根系中SOD含量与父本显著相关。     

不同氮肥水平下中熟籼稻和粳稻产量、氮素吸收利用差异及相互关系

选用生育期相近的中熟中籼(138~143 d)和中熟中粳(136~145 d),于大田条件下探讨了4种氮肥水平即0、150、225、300 kg hm^-2纯氮对产量的影响及不同生育阶段氮素吸收利用的差异。结果表明,随着氮肥施用量的增加粳稻平均产量呈增加趋势,而籼稻平均产量中氮水平达最高,高氮水平有所降低。各处理下籼稻产量明显高于粳稻,籼稻有较高的穗粒数和千粒重,平均分别比粳稻高22.45%、7.51%。植株氮素阶段吸收量,拔节、抽穗和成熟期籼稻平均分别比粳稻高24.26%、3.14%和6.45%;植株氮素阶段吸收速率,移栽至拔节、拔节至抽穗和抽穗至成熟阶段籼稻平均分别比粳稻高38.07%、16.05%和23.22%。相关分析表明,籽粒产量与氮素阶段吸收量、阶段吸收速率和氮肥利用率呈显著或极显著正相关关系。说明生育期相近的中熟中籼产量高于中熟中粳与籼稻植株较强的氮素吸收特性有关。     

华南主栽高产籼稻根系形态特征及其与产量构成的关系

为探明不同类型高产籼稻的根系形态特征差异及其与产量的关系,以7个目前在华南地区大面积推广应用的主导品种(组合)合美占、桂农占、玉香油占、粤晶丝苗2号、五优308、天优998、天优122为材料,在2010-2011年进行两年盆栽试验,分别考查分蘖盛期、抽穗期及成熟期的单株、单茎及单条不定根形态性状,利用WinRhizo根系分析系统分析抽穗期的根系分枝特征,并计算根系形态特征与产量的相关性。结果表明: (1)杂交籼稻组合各生育时期的单株根数、单株根长、单茎根长及单条根长均显著大于常规籼稻品种;单株和单茎的根体积与干重差异不明显;常规稻单条根质量则普遍高于杂交稻。(2)抽穗期不同级别根的表面积和体积均为不定根>粗分枝根>细分枝根,杂交稻不同级别根的总长度为粗分枝根>不定根>细分枝根,常规稻则为不定根>粗分枝根>细分枝根;杂交稻的分枝根总长度及粗分枝根和细分枝根的长度、表面积、体积都显著大于常规稻;常规稻的平均根直径则显著大于杂交稻。(3)杂交稻与常规稻根系特征的主要差异是单株根数和长度的差异,分蘖数和单条根长度的差异是两者根系特征差异的重要原因。(4)单株不定根数、不定根总长、根干重等12个根系性状分别与产量显著或极显著正相关;单株不定根数和分枝根总表面积分别是影响产量的主要因素。这些结果为水稻根系遗传改良和超高产育种及栽培提供了参考。     

双季晚粳生产力及相关生态生理特征

于江西鄱阳、上高县,选用代表性晚粳稻品种(武运粳24、南粳44、镇稻11、常优1号、常优5号、甬优8号)在高产栽培条件下以当地代表性晚籼稻品种为对照,系统比较了粳、籼稻间产量、品质和效益的差异,初步阐明了双季晚粳生产力优势,并从温光利用、株型、光合物质生产等方面探讨了其优势形成的生态生理特征。结果表明,3年晚粳平均产量分别为9.6、8.3、9.9 t hm^-2 (2011年上高县甬优8号最高产量田块达10.6 t hm^-2),极显著高于晚籼,而其产量高的主要原因是每穗粒数、结实率显著或极显著高于籼稻;晚粳加工品质、食味品质优于晚籼(晚粳出糙率、精米率、整精米率显著或极显著高;其直链淀粉、蛋白质含量显著或极显著低,胶稠度显著或极显著长),外观品质逊于晚籼(粳稻的垩白率、垩白大小、垩白度均显著或极显著高于籼稻);晚粳效益高于晚籼(3年晚粳的纯收益分别为11 890.6、10 252.1、16 565.9元 hm^-2,分别高23.8%、23.6%、26.7%)。双季晚粳生产力优势形成的相关生理生态特征为,较籼稻全生育期特别是结实期明显延长,抽穗结实期较籼稻适应凉爽气候,增加对温光资源利用,能正常成熟;后期有较高光合生产能力,增大了群体光合物质生产积累量,源库协调性好,库容总充实量高;生育后期在偏低温气候下不早衰,维持较强根系和较大茎鞘强度,具有较强群体抗倒伏能力。     

垄畦栽培水稻的植株形态与生理特性研究

以杂交稻协优9308和常规粳稻秀水110为材料，从水稻植株形态和生理特性方面研究了垄畦栽培高产、优质的农学基础。结果表明，（1）在植株形态上，与常规栽培相比，垄畦栽培后株高变矮、茎基部节间的直径和密度增加，单茎鞘重增加，植株抗倒性增强；生长前期叶面积扩展迅速，生长早期叶片薄，中、后期叶片厚而挺，群体光合生态     

超级稻叶片光合特性和根系生理性状与产量的关系

为阐明超级稻产量形成机理, 以4个超级稻品种[两优培九和II优084 (杂交籼稻)、淮稻9号和武粳15 (粳稻)]为材料, 2个高产品种[汕优63 (杂交籼稻)和扬辐粳8号(粳稻)]为对照, 观测了不同生育时期叶片光合性状和根系生理性状的变化特点。结果表明, 4个超级稻品种的平均总颖花量和产量较两个对照品种分别高出43.5%和16.1%, 但超级稻的结实率较对照品种低15.3个百分点。超级稻品种在生育前期叶片中叶绿素a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量、类胡萝卜素含量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度和根系中单位干重根系活力、每株根系活力、总根系吸收面积、活跃吸收面积和比表面积均高于对照品种, 而在生育后期以上性状下降速率大于各自对照品种, 直至齐穗后20 d前以上性状指标均小于各自对照品种。说明超级稻强大的产量库容与其生育前中期较强的叶片光合能力和较好的根系生理性状密切相关, 生育后期叶片光合能力和根系生理活性下降快导致其结实率下降, 从而限制了其产量潜力的发挥。提高生育后期特别是结实后期根系生理活性是进一步提高超级稻产量的重要途径。     

杂交粳稻13.5t hm~(-2)超高产群体动态特征及形成机制的探讨

选用杂交粳稻甬优8号,以国家粮食丰产工程兴化、姜堰实施基地1.0hm2连片与6.67hm2连片超高产攻关方为依托,研究了13.5thm-2超高产群体特征,并探讨了群体形成机制。结果表明,较之12.0thm-2左右群体,13.5thm-2群体的穗型大,群体颖花量多(60000×104hm-2以上),有效穗数、结实率和千粒重与之相当;群体茎蘖于生育前期稳步增长,至有效分蘖临界叶龄期达适宜穗数,高峰苗出现在拔节期,数量少,为预期穗数的1.3倍左右,此后群体平缓下降,至抽穗期达适宜穗数,成穗率高(75%);群体叶面积指数前期增长相对较缓慢,最大值出现在孕穗期,为8.5左右,此后下降缓慢,成熟期仍保持在4.0以上;群体光合势生育前期较小,中、后期较大,总光合势为675×104m2dhm-2以上,抽穗至成熟期的光合势占总光合势的45.0%以上;群体拔节前干物质积累速度相对较缓、积累量略低,拔节后积累速度较快,至抽穗期群体生物量为13.5thm-2以上,抽穗后积累量亦高,一般为9.75thm-2以上,总干物重高达23.25thm-2以上。13.5thm-2超高产群体形成机制为,依靠精苗,发大蘖,及时够苗,提高够苗期群体质量(有效分蘖临界叶龄期),为中期高质量群体结构的培育奠定生物学基础;依靠合理的群体动态及其规模,培育适宜数量的壮秆大穗,于抽穗期形成具有强抗倒力和巨量安全库容的高光效群体;依靠平稳消退的光合系统,提高抽穗后群体光合物质生产力,增大群体库容的总充实量,并维持较大的茎鞘强度,增强群体的安全抗倒力。