抽穗和灌浆早期高温对耐热性不同籼稻品种产量的影响及其生理原因

选用4个耐热性不同的籼稻品种,分别于抽穗(始穗后0~10 d)和灌浆早期(始穗后11~20 d)进行高温(白天温度>33℃)处理,以同期自然温度(白天温度<30℃)为对照,研究高温对产量的影响及其生理机制。结果表明,与对照相比,高温处理显著降低热敏感品种的花粉可育率、受精率,而耐热品种与对照无显著差异。高温胁迫明显降低热敏感品种的结实率,导致产量显著下降,且抽穗期高温处理影响大于灌浆早期处理。高温胁迫显著增加耐热品种黄华占叶片的抗氧化酶活性,对热敏感品种影响不大。高温胁迫显著降低热敏感品种籽粒ATP酶活性,耐热品种结果则相反。高温处理增加两类品种叶片温度和丙二醛(MDA)含量,降低根系活力和叶片光合速率,耐热品种增降的幅度显著小于热敏感品种。在高温胁迫下较低的叶片温度,较强的根系活力和抗氧化保护系统能力及较高的籽粒ATP酶活性是耐热性品种保持较高产量的重要生理原因,也是耐热品种的重要生理特征。     

水稻高温胁迫及耐热性育种

高温胁迫是水稻高产、稳产、优质的一个重要限制因素,水稻高温胁迫与耐热性的研究具有重要的理论与实践意义。本文对有关的重要成果进行了阐述,包括：1.高温胁迫对水稻生长发育、产量性状和品质以及主要生理生化过程的影响;2.水稻的耐热性表现。最后,就有关耐热性育种提出了几点建议。     

减数分裂期高温对水稻颖花结实率影响的定量分析

以华粳1号和特优559为材料, 于减数分裂期, 设置高温(31℃、33℃、35℃、37℃、39℃、41℃)及历期(1 d、3 d、5 d)处理, 每日高温持续时间5 h (8:40—13:40), 另设自然环境对照, 分析了高温及其持续期对水稻颖花相对结实率的影响。结果表明, 33℃以下的温度对两供试材料的结实率无明显影响, 此后随温度及持续天数的增加结实率将逐步降低; 高温下日相对颖花结实率与温度的关系可用二次方程描述, 而减数分裂期高温对颖花结实率的总影响为逐日相对颖花结实率的乘积。进一步结合温度日变化规律, 讨论了温度日变化下日相对颖花结实率的定量方法。     

灌浆期高温对水稻产量的影响

在水稻灌浆结实期,对水稻籽粒进行高温处理后发现,灌浆期高温可能会通过影响颖花发育、柱头活性、干物质转运和花粉育性,从而导致穗粒数、千粒质量和结实率的变化。高温对干物质分配的影响在年际间的表现基本一致。经过高温后,干物质在叶片中的分配会减少,这可能与高温处理对水稻叶片造成一定的伤害有关。高温条件下,水稻叶片的光合速率显著下降,同时也降低了叶片的气孔导度和水分蒸腾速率,使胞间的CO2浓度升高。经过高温处理后,水稻叶片的叶绿素含量会下降,这是由于高温胁迫下叶片的气孔导度和蒸腾速率降低,使CO2进入气孔的速率和数量都会减少,同时由于高温对于叶绿素以及其他光合酶的影响,也降低了CO2同化的速度,从而增加了胞间的CO2浓度。     

抽穗扬花期高温胁迫对不同耐热性水稻生理指标的影响

高温热害对水稻生产造成了巨大的损失,其危害机理研究刚刚起步。为了研究不同耐热性水稻在高温胁迫下主要生理指标的变化情况,对其生理指标与耐热性的关系进行分析。结果表明:不同品种的水稻,耐热性存在差异,可以通过耐热系数筛选不同的耐热品种;高温胁迫对不同耐热性水稻的生理指标有较大的影响,绝大多数的生理指标随高温处理时间延长,表现出先增大,达到峰值后下降的趋势;耐热性强的水稻品种,各个生理指标的峰值出现的较晚,耐热性差的品种,较早达到峰值;耐热系数和生理指标相关分析表明耐热系数除与MDA含量呈正相关关系外,与各生理指标上呈负相关关系,其中与CAT酶活性相关系数到达了-0.75222**。高温胁迫下,水稻水稻生理指标会发生很大的变化;每个生理指标基本都有峰值出现,表明生物体高温热害是应激物质等调节存在反馈机制;高温胁迫时生理指标变化与耐热性有一定的相关性。     

不同时期高温胁迫对江苏省水稻生育期和产量的影响

本研究于2014年以江苏省历史气象资料和水稻生长发育观测资料为基础,对WOFOST模型进行本地化处理后,针对水稻生长季高温发生的不同强度和持续时间,利用WOFOST模型模拟分析拔节期、孕穗期、抽穗扬花期和灌浆乳熟期分别发生不同程度高温胁迫对水稻生长发育和产量的影响。模拟结果表明,过高的温度会抑制作物有机物合成,在不同强度和持续日数高温影响下,水稻减产程度依次为灌浆乳熟期最大,其次是抽穗扬花期,再次是孕穗期,拔节期最小,高温还会导致水稻生育期缩短,影响水稻干物质积累,高温发生的时段与程度不同,导致水稻减产的程度也不尽相同,并且高温强度越大持续时间越长所造成的影响越大。     

高温胁迫对4个红掌盆栽品种生理特性的影响

为进一步了解红掌耐热机理和选择耐热育种亲本提供参考依据,以皇冠、阿瑞博、骄阳和粉冠军4个红掌盆栽品种为材料,研究了39℃高温对它们生理特性的影响,并比较其耐热性。分别测定胁迫不同时间后各品种叶片的相对电导率、相对含水量(RWC)、叶绿素含量和保护性酶活性等10个生理指标,并分析各指标随胁迫时间延长发生的变化。结果表明:随着高温胁迫时间延长,4个品种的叶片相对电导率和丙二醛含量(MDA)呈上升趋势,RWC呈下降趋势,脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)均呈现先上升后下降的趋势,叶绿素总含量和类胡萝卜素含量变化趋势不一致。通过10个生理指标变化趋势以及胁迫48 h后指标值大小的综合分析,可初步认为,皇冠和阿瑞博的耐热性较强,而骄阳和粉冠军的耐热性较差,与实际生产表现相一致。     

不同灌水方式对水稻结实期一些生理性状和产量的影响

选用抗旱性不同的杂交水稻冈优527、D优363和汕优63,研究了旱种、湿润灌溉、“湿润灌溉（前期）+浅水灌溉（孕穗期）+干湿交替灌溉（抽穗至成熟期）”灌溉（简称C处理）和淹水灌溉4种灌水方式下,水稻结实期光合特征、渗透调节物质及保护性酶活性等生理性状变化和产量表现。结果表明,在C处理和湿润灌溉两种灌水方式下,剑叶的叶绿素含量高,叶片衰老缓慢,具有较高的净光合速率,且有利于可溶性糖和游离氨基酸等渗透调节物质的主动积累和保护性酶CAT、POD活性的提高,维持了细胞正常的代谢。而旱种下水稻剑叶叶绿素含量低,衰老快,净光合速率和气孔导度降低,渗透调节物质和保护性酶的变化水平对水分胁迫程度极为敏感。产量以C处理最高,湿润灌溉次之,旱种降低了产量构成各项因素,从而减产。试验表明,水稻叶片光合作用、渗透调节物质及保护性酶活性的变化幅度和产量与品种的抗旱性密切相关。     

旱种水稻产量和品质的形成特点及其生理基础

水资源紧缺严重制约了农业特别是水稻生产的发展。水稻旱种是水稻生产中的一项重要节水技术,对于发展节水农业和保证中国粮食安全有重要意义。综述了旱种水稻产量和品质的形成特点,从光合特性、物质生产与运转、根系活性、籽粒灌浆特性及其激素和酶学机制以及土壤养分等方面分析了其原因,讨论了旱种水稻存在的问题与对策。     

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。     

水分胁迫对水稻结实期一些生理性状的影响

选用抗旱性不同的3个杂交水稻品种，在干旱棚内分别在正常供水和水分胁迫条件下，研究了水稻结实期丙二醛（MDA）含量、光合速率、气孔导度、渗透调节物质及保护性酶活性等生理性状变化。结果表明，结实期随土壤水分胁迫加剧和时间延长细胞膜脂过氧化加剧，抗旱性弱的品种膜脂过氧化更为严重；剑叶光合速率、气孔导度和叶绿素含量迅速下降，抗旱性弱的品种比抗旱性强的品种降速快、幅度大。抽穗后0～14 d随胁迫时间的延长叶片内可溶性糖、氨基酸含量增加，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）3种酶活性升高，抗旱性强的品种增加或升高的幅度大。抽穗14 d后叶片内可溶性糖、氨基酸含量下降，SOD、CAT和POD酶活性降低。试验表明，水稻叶片MDA含量、光合作用、渗透调节物质及保护性酶活性的变化幅度与品种的抗旱性密切相关。     

灌浆结实期适度高温对香稻产量的影响及其机理

选用1个常规香稻品种和1个杂交香稻组合,通过人工气候室控温的方法,研究了高温处理(日均温30℃)和适温处理(日均温23℃)对产量及其构成的影响,并进一步从光合作用和碳水化合物积累的角度对其生理机制进行了分析研究。结果表明:灌浆结实期高温使新香占和优杂五山香的结实率、实粒数显著降低,虽千粒重稍有增加,但最终表现为产量极显著下降,分别比适温处理下降了22.8%和29.9%;香稻子粒灌浆中后期,高温处理显著降低了剑叶的叶绿素含量和净光合速率,使产量形成的"源"明显不足,同时子粒中可溶性糖的含量和淀粉的积累速率明显下降,使产量形成的"库"显著变弱。     

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。     

黄淮地区不同粳稻品种株型、产量与品质的比较分析

对黄淮稻区的129个粳稻品种(品系)进行了株型、产量和品质的观察测定。通过产量聚类分析，将供试品种分成超高产、高产、中产、中低产及低产5种类型。超高产类型品种占3.1%，低产类型品种占14.7%，其他3类品种占82.2%。超高产水稻品种多为半直立大穗型、叶片挺立，具有较高的干物质生产能力、较高的粒重、结实率和经济系数。优质米品种在高产和中高产类型中较多，在超高产和低产类型中很少。垩白米率高是超高产品种米质的主要问题。提出了黄淮地区超高产(>12 t hm^-2)中粳水稻品种的株型和产量构成指标，即株高1.00~1.08 m，全生育期150~155 d，穗型半直立，有效穗320~340个 m^-2，穗长0.17~0.18 m，一次枝梗12~15个，二次枝梗30~38个；每穗160~180粒，结实率>85%，千粒重26~27 g；倒1、2、3叶叶长分别为0.26~0.28、0.35~0.40和0.32~0.38 m，剑叶角度<20º，收获指数>0.50。     

覆草对旱种直播稻产量与品质的影响

直播水稻品种扬稻6号(籼)和扬粳4038(粳), 并设覆草(麦秸秆)旱种、无覆盖旱种和无覆盖水种(出苗后保持浅水层)处理, 研究了对水稻产量与品质的影响及其生理原因。结果表明, 与无覆盖水种(对照)相比, 两旱种处理的产量都有不同程度的降低, 覆草旱种减产1.9%~6.6%, 差异不显著, 无覆盖旱种减产18.0%~27.6%, 差异显著。覆草旱种显著提高了稻米的整精米率、胶稠度、清蛋白和谷蛋白含量, 显著降低了垩白米率、垩白度和醇溶蛋白含量, 还改善了稻米的食味性。无覆盖旱种直播结果则相反。覆草旱种可以获得较高的产量并可改善稻米品质的重要生理原因是增加了结实期剑叶膜质过氧化酶活性、光合速率、根系活力以及根系中吲哚-3-乙酸和玉米素+玉米素核苷的含量。无覆盖旱种降低了上述指标值, 致产量显著下降、米质变劣。     

小麦早熟高产品种子粒灌浆特性分析

以中、晚熟小麦品种（系）为对照，对早熟高产小麦灌浆期干物质积累和子粒灌浆过程进行了研究。结果表明，早熟、高产小麦品种在子粒灌浆期较多地利用了花前贮藏的营养物质，对同化物的利用较协调；灌浆高峰来得迟，高峰峰值高；高峰出现后，灌浆速率下降稍快于中、晚熟类型小麦品种（系），但在花后35d内，灌浆速率仍显著高于中、晚熟类型小麦品种。     

盐渍化水田秸秆还田对水稻生长及产量的影响

选择盐渍化水田进行水稻秸秆30%、50%和70%还田处理,研究水稻秸秆还田对水稻生长及产量的影响。结果表明,与CK相比,30%、50%和70%秸秆还田对拔节期水稻生长及地上部干物质积累没有显著影响,对灌浆成熟期影响显著。50%秸秆还田可提高灌浆期水稻有效叶片数和有效叶片面积,增加地上部干物重;30%秸秆还田的水稻产量比对照提高4.0%,差异不显著(P>0.05);50%秸秆还田的水稻产量比对照提高9.4%,差异显著(P<0.05);70%秸秆还田水稻产量比对照降低1.2%,差异不显著(P>0.05)。说明在盐渍化水田秸秆还田时,秸秆还田量不能过多,控制在50%左右最佳,还田量过高不利于水稻生长发育,产量降低。