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。     

灌溉方式对减轻水稻高温危害的作用

为探明灌溉方式对减缓水稻高温危害的影响,以中籼水稻品种黄华占和双桂1号为材料,在抽穗灌浆期进行高温(白天/夜间平均温度为35.1℃/20.8℃)和正常温度(白天/夜间平均温度为29.0℃/20.8℃)处理并设置轻干湿交替灌溉(土壤落干至土水势为-15 kPa时复水)、重干湿交替灌溉(土壤落干至土水势为-30 kPa时复水)和水层灌溉(对照) 3种灌溉方式,观测产量和品质形成的特点。结果表明,在相同温度尤其是在高温胁迫下,与水层灌溉相比,轻干湿交替灌溉显著增加结实率、千粒重和产量,增加出糙率、精米率和整精米率,降低垩白米率和垩白度,增大崩解值,减小消减值,重干湿交替灌溉的结果则相反。两品种结果趋势基本一致。说明抽穗结实期遭受高温胁迫,采用轻干湿交替灌溉方式可以获得较高的产量和较好的稻米品质。冠层相对湿度降低、叶片活性氧(O₂^?)生成速率减小、抗氧化物质抗坏血酸和还原型谷胱甘肽含量增加、内源细胞分裂素浓度及籽粒亚精胺和精胺浓度的提高是轻干湿交替灌溉方式减轻水稻高温危害的重要生态生理原因。     

结实期土壤水分对水稻产量与品质的影响

以汕优63(杂交籼稻)和武育粳3号(粳稻)为材料,自抽穗至成熟期,设盆钵内土壤水势5个处理为0(对照)、-15、-30、-45、-60kPa,研究了土壤水分对产量和稻米主要品质性状的影响。结果表明,当汕优63土壤水势为-15kPa和-30kPa、武育粳3号土壤水势为-15kPa时,结实率、千粒重和产量较对照显著增加。结实期土壤水分对稻米的出糙率、精米率、粒长/粒宽、直链淀粉含量和粗蛋白含量无显著影响。汕优63土壤水势为-15kPa和-30kPa处理及武育粳3号土壤水势为-15kPa处理的整精米率与对照无显著差异,垩白米率、垩白度和消减值较对照显著降低,淀粉谱的最高粘度和崩解值则显著增加。汕优63土壤水势为-45kPa和-60kPa处理以及武育粳3号土壤水势为-30kPa、-45kPa和-60kPa的处理的结实率、千粒重、产量、整精米率、胶稠度、碱消值、最高粘度和崩解值较对照显著降低,垩白米率、垩白度和消减值较对照显著增加。建议将土壤水势为-15kPa与-30kPa和-15kPa分别作为汕优63和武育粳3号结实期优质高产节水灌溉的低限土壤水势指标。     

施氮量和灌溉方式的交互作用对水稻产量和品质影响

本研究旨在探讨氮肥和灌溉方式对水稻产量和品质的的影响及其互作效应, 这对指导水稻高产、优质和高效栽培有重要意义。将两优培九(籼稻)和扬粳4038 (粳稻)种植于土培池, 设置常规灌溉(CI)、轻干湿交替灌溉(WMD)和重干湿交替灌溉(WSD) 3种灌溉方式及0氮(0N, 0 kg hm^-2)、中氮(MN, 240 kg hm^-2)和高氮(HN, 360 kg hm^-2) 3种氮素水平, 观察其对产量和稻米品质的影响。结果表明, 在中氮和高氮水平下, 产量、稻米的整精米率、外观品质和崩解值, 以轻干湿交替灌溉显著高于或优于常规灌溉。在中氮水平下, 重干湿交替灌溉的产量和稻米品质显著低于或劣于常规灌溉; 在高氮水平下, 重干湿交替灌溉的产量高于常规灌溉, 稻米品质在这两种灌溉方式间差异不显著。轻干湿交替灌溉显著提高了灌浆期剑叶光合速率、籽粒中ATP酶活性及根系中吲哚-3-乙酸、玉米素+玉米素核苷和脱落酸含量。说明灌溉方式和氮肥对产量和稻米品质具明显互作效应。在轻干湿交替灌溉和中氮水平下根系、叶片和籽粒生理活性增强是水稻产量提高和稻米品质改善的重要生理原因。     

结实期干湿交替灌溉对稻米品质及籽粒中一些酶活性的影响

在土培池和大田试验条件下,观察了结实期干湿交替灌溉对武育粳3号(粳稻)和扬稻6号(籼稻)米质和籽粒中淀粉合成关键酶活性的影响以及它们之间的关系。与对照(保持水层)相比,轻干－湿交替灌溉(土壤干至土壤水势为－25 kPa时复水)增加了结实率和粒重,降低了垩白粒率和垩白度,提高了淀粉的最高黏度和崩解值,减小了热浆黏度、     

水稻籽粒中乙烯和ACC对土壤水分的反应及其与籽粒灌浆的关系

以武运粳8号(粳稻)和扬稻6号(籼稻)为材,自抽穗后9 d至成熟期进行保持浅水层(WW)、土壤轻度落干(MD)和土壤水分严重亏缺(SD)3种处理。观察在不同土壤水分条件下灌浆期籽粒中乙烯和1-氨基环丙烷1-羧酸（ACC）浓度的变化及其与籽粒灌浆的关系,并使用化学调控物质进行验证。结果表明,MD显著提高籽粒灌浆速率和粒重,SD明显降低籽粒灌浆速率和粒重。籽粒中乙烯释放速率和ACC浓度在MD中降低,在SD中增加。籽粒乙烯释放速率及根系伤流液中ACC浓度与籽粒中ACC浓度呈极显著的正相关。籽粒灌浆速率与乙烯释放速率呈极显著负相关。在花后9~13 d喷施乙烯合成的抑制物质氨基－乙氧基乙烯基甘氨酸(AVG),明显降低籽粒中ACC的浓度和乙烯的释放速率,显著提高了籽粒灌浆速率和粒重以及籽粒中的蔗糖合成酶（SuSase）、ADP葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）和可溶性淀粉合成酶（SSSase）活性;喷施乙烯释放的促进物质乙烯利,结果则相反。表明结实期土壤轻度落干或适度干旱处理可以抑制水稻体内乙烯的产生,促进籽粒灌浆。     

水稻穗上不同粒位籽粒胚乳结构及其结实期灌溉方式对它的调控作用

为探明水稻穗上不同粒位胚乳结构形成特征及结实期灌溉方式对它的调控作用, 本研究以籼稻扬稻6号和粳稻武运粳24为材料, 运用扫描电镜观察了穗上不同部位籽粒胚乳结构的形成动态。自抽穗至成熟设置保持浅水层(CK)、轻干-湿交替灌溉(WMD)和重干-湿交替灌溉(WSD) 3种灌溉方式, 观察了干湿交替灌溉方式对水稻产量和籽粒胚乳结构的影响。结果表明, 灌浆过程中稻米胚乳结构的形态建成顺序是, 上部穗籽粒早于中部穗籽粒更早于下部穗籽粒, 一次枝梗籽粒早于二次枝梗籽粒, 穗上早开花的籽粒早于迟开花的籽粒。与CK相比, 结实期WMD可以明显提高水稻产量; 其穗下部籽粒胚乳的淀粉体排列更紧密, 籽粒背部淀粉粒嵌挤甚至粘连。在WSD下, 稻米胚乳淀粉体排列疏松, 体积减小, 粒径差异增大, 相互间隙增大。灌溉方式对胚乳结构的影响, 因粒位而异, 以下部穗二次枝梗籽粒的腹部最为显著。表明水稻穗上不同部位籽粒胚乳结构形成与花后天数有密切关系; 结实期WMD可以改进穗下部籽粒胚乳结构, WSD则会使胚乳结构变差。灌浆期土壤水势-20 kPa 可作为改善稻米胚乳淀粉结构的节水灌溉低限指标。     

结实期土壤水分对稻米品质的影响

以粳稻武香粳9号和杂交籼稻汕优63为材料, 通过严格控制土壤水分的盆栽试验, 研究了结实期土壤水分(土水势)对稻米品质形成的影响. 结果表明: (1) 水稻籽粒整个灌浆结实期间, 当间歇灌溉的低限土水势为-15 kPa时, 整精米率提高, 对垩白粒率和垩白度无显著影响, 胶稠度变软, 稻米品质有所改善; (2) 而当低限土壤水势≤-30 kPa     

基于季节性降雨的双季稻生育后期干湿交替灌溉对稻谷产量及品质的影响

为明确依靠季节性降雨实现干湿交替灌溉对双季稻生育后期的影响,研究了双季稻齐穗后0、7、14和21d（对照）停止灌溉对叶绿素含量、干物质转化、产量及品质的影响。结果显示,早稻灌浆期降雨多且雨量大,齐穗后早停止灌溉延长干湿交替灌溉时间,可显著提高叶片、茎鞘干物质转化、穗粒数和结实率,叶绿素含量降低,无效分蘖成穗减少;与对照相比,齐穗后0d停止灌溉,实收产量提高16.0%,整精米率提高8.2%。晚稻灌浆期间降雨相对偏少,适期延迟停止灌溉,可提高叶片、茎鞘干物质转化、穗粒数、结实率、千粒重及整精米率;与对照相比,齐穗后7d停止灌溉,实收产量提高11.0%,整精米率提高6.1%;垩白度、垩白粒率及透明度随停止灌溉时间提前和干湿交替灌溉时间延长而增加,胶稠度以早稻齐穗后7d和14d、晚稻齐穗后14d停止灌溉最高,所有处理对双季稻米整体品质指标等级无影响。     

干湿交替灌溉对水稻花后同化物转运和籽粒灌浆的影响

为阐明干湿交替灌溉对水稻花后同化物转运和籽粒灌浆的影响及其生理原因, 大田种植扬两优6号、武运粳24和旱优8号3个水稻品种, 自移栽后10 d起, 设置常规灌溉(CI)、轻干-湿交替灌溉(WMD)和重干-湿交替灌溉(WSD) 3种灌溉模式, 观察产量及构成因素、强弱势粒灌浆动态、籽粒中酶活性变化、剑叶光合性能、茎鞘非结构性碳水化合物(NSC)运转及其淀粉水解酶活性变化, 并利用¹³C同位素示踪茎鞘物质运转动态。结果表明, 与CI相比, WMD显著增加了3个水稻品种的每穗粒数、千粒重和结实率, 进而提高籽粒产量。WMD显著提高千粒重和结实率的主要原因是促进了弱势粒的灌浆。WMD和WSD显著增强了茎鞘α-淀粉酶和β-淀粉酶活性, 促进同化物质再运转与分配, 提高茎鞘储藏物质对粒重的贡献率。其中WMD提高了剑叶光合性能以及增强了水稻弱势粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性, WSD的作用相反。表明较好的叶片性能、花后茎中较多的同化物向籽粒转运、较高的茎鞘淀粉水解酶活性以及弱势粒中较高的糖代谢酶活性是WMD促进弱势粒灌浆的重要生理原因。     

小麦籽粒游离多胺对土壤干旱的响应及其与籽粒灌浆的关系

为探明干旱胁迫下小麦内源游离多胺在籽粒灌浆过程中的作用,2013-2014和2014-2015年度选用高产品种扬麦16和宁麦13进行不同水分条件的盆栽试验。自分蘖末期至成熟期设置正常供水(WW)、土壤轻度干旱(MD)和土壤重度干旱(SD) 3种处理,观察不同土壤水分对籽粒中游离多胺和籽粒灌浆的影响。两个品种的结果一致表明,与WW相比,MD处理对叶片水势及光合作用没有显著影响,显著增加弱势粒灌浆速率(12.5%)和粒重(11.8%),对强势粒灌浆无显著影响;SD处理则严重抑制叶片光合作用,显著降低叶片水势,强势粒的灌浆速率和粒重分别下降10.1%和9.5%,弱势粒的灌浆速率和粒重分别下降14.5%和11.7%。MD处理显著提高了灌浆期弱势粒中游离亚精胺(Spd)和精胺(Spm)含量及其与腐胺(Put)的比值,而SD处理的结果则相反。籽粒灌浆速率、粒重与籽粒中Spd和Spm含量及Spd/Put和Spm/Put值呈极显著正相关,与Put含量呈极显著负相关。喷施Spd和Spm,显著增加3个处理弱势粒及SD处理强势粒的灌浆速率(11.2%~25.9%)和粒重(9.9%~17.7%),但对WW和MD处理的强势粒无显著影响;喷施Spd和Spm合成抑制剂[甲基乙二醛-双脒基腙(MGBG)]后,3个处理强、弱势粒的灌浆速率和粒重均显著降低,分别下降20.5%~28.8%和16.9%~28.5%。表明小麦籽粒中多胺对土壤水分的响应因土壤干旱程度而异,通过轻度土壤干旱处理增加籽粒中Spd和Spm含量以及Spd/Put和Spm/Put值,可以促进籽粒灌浆,增加粒重。     

抽穗开花期喷施MeJA对粳稻产量和品质的影响

茉莉酸甲酯（MeJA）可有效促进水稻颖花开放,使父母本花时相遇,提高制种产量,但MeJA对水稻产量和米质的影响研究报道较少。以辽宁稻区具有代表性的4个粳稻品种为试验材料,研究了抽穗开花期喷施不同浓度的MeJA对产量和米质性状的影响。结果表明,喷施MeJA可显著降低粳稻产量,且浓度越大,降低的程度越明显。MeJA对产量结构中的有效穗数、穗粒数和千粒重没有显著影响,但对结实率影响显著,尤其一次枝梗和二次枝梗的结实率均随MeJA浓度的升高呈极显著下降趋势,而结实率的显著下降是产量下降的主要原因。喷施MeJA可显著降低粳稻品质。与对照相比,不同浓度MeJA处理下精米率显著下降,且浓度越大,降低程度越明显,整精米率在高浓度处理下降低程度达极显著水平。但垩白粒率和垩白度变化不显著。随MeJA喷施浓度升高,稻米蛋白质含量提高,而直链淀粉含量和食味值下降。本研究可为生产上充分发挥MeJA调控花时的作用,同时避免对产量和米质的不利影响提供理论依据。     

大穗型粳稻籽粒相对充实度的化学调控及其与产量和品质的关系

以同一穗上弱势粒占强势粒千粒重的百分比表示籽粒相对充实度。2003－2004年在大田条件下，通过喷施植物生长调节剂，研究了籽粒灌浆、充实度和相对充实度的动态，探讨了籽粒相对充实度化学调控及其与水稻产量和品质的关系。结果表明，灌浆速率在灌浆初期（花后5～12 d），强势粒平均比弱势粒高256%；而在灌浆盛期（花后12～19 d）及后期（19～32 d），弱势粒平均分别比强势粒高16.67%、154.55%。PR₁处理可明显促进弱势粒的起始灌浆速率，及早启动弱势粒的灌浆。籽粒相对充实度在花后5～12 d迅速降低，花后12～19 d迅速上升，花后19～32 d缓慢上升，呈先降后升的偏“V”型动态曲线。PR₁处理在花后19 d籽粒相对充实度明显高于对照和其他处理。灌浆中、后期（花后19～32 d）的籽粒相对充实度基本上与平均千粒重、经济系数、理论产量和实际产量呈显著或极显著正相关，与强势粒和弱势粒的垩白粒率、垩白面积、垩白度呈显著或极显著负相关，与弱势粒的糙米率呈显著正相关，花后19 d的相对充实度与弱势粒的精米率、整精米率呈显著正相关。     

结实期干湿交替灌溉对2个超级稻品种结实率和粒重的影响

大田种植超级稻品种两优培九(两系杂交籼稻)和淮稻9号(粳稻)。自抽穗至成熟设置轻干-湿交替灌溉(WMD)、重干-湿交替灌溉(WSD)和常规灌溉(CI, 保持水层) 3种灌溉方式, 观察其对超级稻灌浆的影响。结果表明, 与CI相比, WMD处理显著增加2个超级稻品种的产量、结实率和粒重, 而WSD处理则降低结实率和粒重。WMD处理显著提高灌浆期剑叶净光合速率、膜质过氧化酶活性和根系氧化力、根系吸收表面积、根系活跃吸收表面积、比表面积和根系中玉米素+玉米素核苷(Z+ZR)及吲哚-3-乙酸(IAA)含量及根冠比, WSD处理的结果则相反。说明结实期轻干-湿交替灌溉可以改善超级稻根系和地上部植株的生理功能, 进而提高结实率和粒重。     

水稻籽粒中内源多胺及其与籽粒充实和粒重的关系

以８个水稻品种（含杂交稻组合）为材料，研究了籽粒发育期内源多胺的含量及其与籽粒充实和粒重的关系。结果表明：籽粒中Ｐｕｔ（腐胺）、Ｓｐｄ（亚精胺）和Ｓｐｍ（精胺）的含量，强势粒高于弱势糕卫粒充实好的品种（组合）高于籽粒充实差的品种（组合），尤以Ｓｐｄ和Ｓｐｍ更明显；籽闰中Ｓｐｄ和Ｓｐｍ的含量或浓度，以及Ｓｐｄ／Ｐｕｔ和Ｓｐｍ／Ｐｕｔ的比值与谷粒充实率和千粒軎于极显著正相关在花后３天喷施外源多胺（１ｍ     

ABA与GA对水稻籽粒灌浆的调控

灌浆初期籽粒中ABA(脱落酸)含量(ng g-1FW)和ABA与GA(赤霉素)的比值，强势粒高于弱势粒，籽粒充实度好的组合高于籽粒充实度差的组合。开花后2天，喷施外源ABA，籽粒中ABA含量和ABA/GA增大，喷施外源GA后籽粒中GA含量增加，ABA/GA减小。低浓度(15mg/L)ABA处理后，灌浆初期籽粒中ADPG焦磷酸酶和淀粉合成酶活性及淀粉含量增加，