田间旱育条件下不同化感潜力水稻的抑草效应分析

研究了田间旱育条件下, 在土壤水分充足和适度干旱状态时, 化感水稻"PI312777"和非化感水稻"Lemont"的抑草效应差异.结果表明, 在两种供水状态下, 化感水稻"PI312777"对田间杂草的控制效应显著高于非化感水稻"Lemont","PI312777"对各种杂草抑制效应指数的绝对值多在0.5以上, 而"Lemont"对各种杂草抑制效应指数的绝对值则多在0.5以下.进一步分析发现, 适度干旱胁迫下"PI312777"和"Lemont"对杂草的抑制效应都有增强趋势, 且"PI312777"稻田杂草生物量的降低幅度高于"Lemont"稻田; 以与非化感水稻"Lemont"共生下的杂草生物量为对照, 化感水稻"PI312777"对稻田杂草均表现出一定的化感抑制作用, 且适度干旱胁迫诱导下化感作用强度进一步增加.此外, 水稻对不同杂草的生物干扰强度不同, 化感水稻"PI312777"对夏熟稻田阔叶杂草有较强的控制效果, 干旱胁迫诱导"PI312777"对无芒稗(Echinochloa crusgalli L.)的化感潜力明显增强.     

田间旱育条件下不同化感潜力水稻的生理特性分析

以国际公认的化感水稻品种“PI312777”和非化感水稻品种“Lemont”为材料, 研究了田间旱育条件下2 种水稻的生长特性及其对水分和杂草胁迫的生理响应。结果表明, 在水分和杂草双重胁迫下, 田间水稻生长势表现为“PI312777”(旱地)＞“Lemont”(湿地)≥“PI312777”(湿地)＞“Lemont”(旱地)。进一步分析发现, 在各处理小区, 以适度干旱小区化感水稻“PI312777”叶片的叶绿素含量、保护酶活性、光合速率、水分利用效率最高,蒸腾速率最低; 以适度干旱小区非化感水稻“Lemont”叶片的光合速率、保护酶活性、可溶性糖、可溶性蛋白和水分利用效率最低, MDA 含量积累最高。与非化感水稻“Lemon”相比, 化感水稻“PI312777”对水分的利用效率更高, 有更强的适应水分缺乏的能力。     

水稻人感作用潜力研究初报

6个化感水稻的化感作用潜力试验结果表明，不同品种水稻的化感潜力存在差异，6个供试水稻按其以对稗草生长抑制率的大小依次为“Woo Co Chin Yu”＞“Kouketsumuchi”＞“AC1423”＞“CN－15”＞“Taichung Native 1”＞ “YH－1”。提高化感物质的浓度，可相应增强对稗草生长的抑制作用。试验证实，水稻对稗草的化感作用具有密度依赖效应，表现为杂草密度加大，水稻化感抑制效果降低，这与资源竞争的结果恰好相反。     

苗期不同化感潜力水稻根际土壤酶活性分析

为揭示化感水稻根际土壤酶活性与水稻化感潜力的关系,在前期研究的基础上,以化感水稻“P1312777”、“IAC47”、“Iguape”和非化感水稻“Lemont”为材料,测定了苗期旱作水稻根际土壤酶活性。结果表明,化感水稻抑制了根际土壤的脱氢酶、过氧化物酶、多酚氧化酶、脲酶活性、纤维素分解酶活性,提高了酸性磷酸酶、、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性。脲酶、多酚氧化酶活性与水稻化感潜力呈显著负相关,酸性磷酸酶、碱性磷酸酶与水稻化感潜力呈显著正相关,蛋白酶、脱氢酶活性与其他土壤酶、土壤微生物区系、水稻化感潜力间均无显著相关性。化感水稻降低根际土壤多酚氧化酶活性,有利于根际化感物质的积累,提高了酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性,促进土壤磷、碳循环,为实现水稻化感效应奠定基础。     

不同化感潜力水稻钾离子吸收动力学差异分析

水培条件下, 采用离子耗竭法研究培养液中不同营养元素对化感水稻“PI312777”和非化感水稻“Lemont”钾离子吸收能力的影响, 并分析两水稻品种根部钾离子吸收相关基因的差异表达。结果表明, 不同处理下, 化感水稻“PI312777”相对于对照的△K_m、-△I_max 和△C_min 变化范围均较小, 与非化感水稻“Lemont”相比差异达显著水平。不同处理下, 两水稻品种的K_m 值和C_min 值的变化趋势为完全营养液培养未饥饿处理水稻(K_Control)>完全营养液培养饥饿处理水稻(K_All)>只含N、P、K 的营养液培养饥饿处理水稻(KNPK)>只含N、K 的营养液培养饥饿处理水稻(K_NK)>只含P、K 的营养液培养饥饿处理水稻(K_PK)>无N、P、K 的完全营养液培养饥饿处理水稻(K_Other)>只含K 的营养液培养饥饿处理水稻(K_K), 最大吸收速率I_max 值则相反。可见, 不同营养元素对两水稻钾离子吸收存在显著影响, 其中N 素的影响高于P 素, P 素高于其他元素。水稻根部钾离子吸收相关基因的差异表达分析结果显示, 不同处理条件下两水稻品种钾离子吸收相关基因均上调表达, 但非化感水稻“Lemont”的表达强度高于化感水稻“PI312777”。可见, 非化感水稻“Lemont”响应环境因素变化的敏感度高于化感水稻“PI312777”。     

水稻化感作用潜力研究初报

6个化感水稻的化感作用潜力试验结果表明，不同品种水稻的化感潜力存在差异，6个供试水稻按其对稗草生长抑制率的大小依次为“Woo Co Chin Yu”＞“Kouketsumuchi”＞“AC1423”＞“CN-15”＞“Taichung Native 1”＞“YH-1”。提高化感物质的浓度，可相应增强对稗草生长的抑制作用。试验证实，水稻对稗草的化感作用具有密度依赖效应，表现为杂草密度加大，水稻化感抑制效果降低，这与资源竞争的结果恰好相反。     

不同化感潜力水稻秧苗响应低钾的光合生理特性

本研究以化感水稻"PI312777"和非化感水稻"Lemont"为材料,采用水培方法研究低钾(5 mg K.L-1)和正常钾(40 mg K.L-1)条件下,两水稻品种的光合生理及其响应机制。结果表明,低钾条件对非化感水稻"Lemont"的根长、株高、干重有显著的抑制作用;而对化感水稻"PI312777"的根长有促进作用,对其他指标的影响较小。低钾条件下,两种水稻光合作用参数——净光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率、气孔导度、气孔限制值、叶绿素含量等均下降,但非化感水稻"Lemont"下降的幅度较大,且与化感水稻"PI312777"差异显著。水稻光合作用相关酶的分析结果表明,低钾条件下核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和乙醇酸氧化酶的活性及其基因表达强度均降低,但化感水稻"PI312777"的下降幅度显著小于非化感水稻"Lemont"。可见低钾条件下,化感水稻"PI312777"比非化感水稻"Lemont"具有更强的光合作用能力及耐营养匮乏能力。     

干旱胁迫与外源激素PDJ对不同基因型小麦化感潜力的诱导调控

盆载条件下对4个不同基因型小麦品种于播种前以外源激素PDJ(10 mg·L-1)浸种处理和返青期始干旱胁迫,测定其光合特性、水分利用和化感抗草差异.结果表明:水分胁迫(田间持水量的45%)和PDJ处理均能增强几种供试小麦的化感抗草诱导效应,两者均通过降低杂草生物量从而抑制杂草生长.水分胁迫和PDJ处理均能增强"兰考95-25"、"小偃6号"拔节期的叶片光合速率,降低气孔限制值和提高水分利用率;"豫麦66"PDJ处理下可增强光合作用而降低水分利用率,但干旱胁迫下则相反;"兰考217"经PDJ处理光合速率和水分利用率均降低.典范对应分析发现供试小麦受到干旱胁迫和外源激素PDJ处理后会引起植物形态和光合生理的变化,从而影响其化感抗草特性.小麦整体化感潜势与以杂草生物量(杂草鲜重/盆)表示的抗草指标显著相关,而小麦的整体抗草特性主要与其水分利用率、光合速率和蒸腾速率显著正相关,与植物地上生物量、株高、节间距离和气孔导度显著负相关.     

不同化感潜力水稻品种对低钾的生理与分子响应

选择国际公认的化感水稻品种“P1312777”和非化感水稻品种“Lemont”为材料,在K元素为5mg·L^-1（低K）和40mg·L^-1（正常K）2个水平的营养液中培养,通过水稻形态学指标（根长、株高、根冠比和生物量）、生理生化指标（SOD、POD、CAT、根系活力及植株中N、P、K含量）,评价不同化感潜力水稻品种对低K胁迫的生理响应,并采用实时荧光定量PCR（Realtime Fluorescent Quantitative PCR,FQ-PCR）,分析了低K胁迫下水稻根和叶中与N、P、K吸收利用相关的12个关键酶的基因表达差异。结果表明,低K促进了化感水稻“P1312777”根的生长,根冠比加大,生物量增加,但对株高的影响不显著;而该条件下非化感水稻“Lemont”的上述指标均受到不同程度的抑制。低K对两种水稻的保护酶系（SOD、POD、CAT）和根系活力均有一定程度的抑制作用,植株中N、P、K含量降低,但非化感水稻“Lemont”受抑制的程度远大于化感水稻“P1312777”。FQ-PCR检测结果表明,低K胁迫下两种水稻根、叶中的12个关键酶的基因均呈现上调表达,而化感水稻“P1312777”的基因表达上调倍数均明显大于非化感水稻“Lemont”。低K胁迫下两种水稻品种的形态学差异、生理与分子响应均表明,化感水稻“P1312777”比非化感水稻“Lemont”具有更强的适应K匮乏的能力。     

长雄野生稻及其后代抑草效果与化感潜力和农艺性状的关系

明确化感潜力和农艺性状对长雄野生稻(Oryza longistaminata)及其后代抑草效果的影响及相互关系,对发掘与利用野生种质资源的化感基因培育水稻化感新品种具有重要意义。本研究以化感抗稗草长雄野生稻、亚洲栽培稻‘RD23’及其杂交F1代(RD23×O.longistaminata)和F2代单株分离群体为材料,采用室内生物测定和温室盆栽试验相结合方法,研究化感潜力和农艺性状对长雄野生稻及其后代抑制稗草的影响,并探讨三者的相互关系。结果表明,室内生物测定为强化感潜力的水稻材料在盆栽条件下对稗草的密度防效、生物量防效和株高抑制作用并非总强于弱化感和无化感作用的水稻材料,但在根际距离0~3 cm时,强化感潜力水稻材料对伴生稗草的抑制效应显著强于弱化感潜力和无化感作用的水稻材料。不论供试材料化感潜力强弱,当根际距离大于3 cm时,株型高大、分蘖强的供试水稻材料在盆栽条件下对稗草的密度防效、生物量防效和株高抑制作用均显著强于株型矮小、分蘖少的材料。供试水稻材料在不同苗龄对稗草的抑制作用也存在显著差异,苗龄60 d的供试材料在根际距离0~3 cm范围内对伴生稗草的密度防效均小于苗龄30 d的对应处理组,但对伴生稗草的生物量防效和株高抑制作用则大于苗龄30 d对应处理组;之后随着距离的增加,除根际距离在3~6 cm的密度防效外,其他均无显著差异。在根际距离0~3 cm时,供试材料的化感综合效应指数(SE)与对伴生稗草的密度防效、生物量防效和株高抑制作用显著相关,但随根际距离的增加相关性逐渐减小;株高和分蘖数与稗草的密度防效不相关,与生物量防效和株高抑制作用存在一定的相关性。研究结果显示,长雄野生稻及其后代田间抑草效果与化感潜力、苗龄、株高和分蘖数等因素相关,在根际距离0~3 cm时,化感作用在苗龄30 d的强化感潜力水稻材料的抑草效应中起主要作用。     

结实期土壤水势对水稻籽粒品质及其粒间差异的影响

为探讨结实期土壤水分对水稻籽粒品质的影响, 以中熟籼稻“扬稻6 号”和中熟粳稻“扬粳9538”为材料, 在盆栽条件下, 研究了不同土壤水势(0 kPa、-15 kPa、-30 kPa、-45 kPa)对水稻籽粒品质的影响, 并进一步探讨了不同粒位间的差异。结果表明, 结实期土壤水分对稻米籽粒品质有较大影响, 且影响程度因品种、粒位不同而异。与对照(0 kPa)相比, 土壤轻度胁迫(土壤水势在-15~-30 kPa 之间)籽粒的精米率、整精米率和崩解值增加, 垩白度和消碱值降低; 不同粒位间比较, 土壤轻度胁迫对水稻穗上二次枝梗或同一枝梗上较迟开花籽粒的影响较大。随土壤水势进一步降低稻米品质变劣。在0 ~ -45 kPa 范围内, 随土壤水势的降低,粗蛋白含量和胶稠度增加。灌浆期土壤轻度落干(土壤水势在-15 ~-30 kPa)有利于稻米品质的改善。     

氮肥运筹与栽植方式对杂交籼稻籽粒灌浆及产量的影响

以杂交籼稻‘Ⅱ优498’为材料,在光温条件差异较大的四川省汉源和温江两地研究氮肥运筹方式[(基蘖肥与穗肥配比分别为9∶1(N_1)、7∶3(N_2)和5∶5(N_3)]与栽植方式[宽窄行栽培(C_1)、三角形栽培(C_2)、扩行减株栽培(C_3)、抛秧栽培(C_4)]对水稻库容量、籽粒灌浆充实及产量的影响,探明光温特性、养分调控和栽植方式与水稻籽粒灌浆及产量形成的关系。结果表明:1)光温优越的汉源地区水稻籽粒库容量、充实度、结实率和千粒重均优于温江,籽粒的最初生长势较低,达到灌浆峰值的日期推迟,前、中期的灌浆强度较高,历时久,生长量占比亦较大,且灌浆活跃期较长,更易获得高产;2)随着氮肥后移程度的增加,水稻最大库容量呈减小趋势,但籽粒的充实率、充实指数、库有效充实度、结实率和千粒重等均呈增加趋势,籽粒最初生长势降低,最大灌浆速率(G_(max))和平均灌浆速率(G_(mean))提高,达到灌浆峰值的日期推迟、生长量占比增加,灌浆历时缩短,总体以氮肥适度后移(N_2)处理产量更高;3)不同栽植方式在结实率和千粒重上的差异较小,而在生物产量、最大库容量、灌浆特征参数和充实指标上存在较大差异,各栽植方式在获得高产时存在相似的灌浆特性,即库容量较大,籽粒最初生长势较低,达到灌浆峰值的日期延迟、生长量占比较大,G_(max)和G_(mean)较高,宽窄行栽培、三角形栽培、扩行减株栽培和抛秧栽培分别在N_1、N_1、N_2和N_3条件下获得高产,其中三角形栽培产量最优;4)相关分析表明,随着最大库容量的增大,籽粒的最初生长势降低,灌浆峰值期延后,前、中期的灌浆历时与灌浆强度增加,达灌浆峰值期的生长量比例亦增加,且在前、中期的灌浆强度和前期的灌浆贡献率优势显著时更易获得高产。因此,提高水稻产量应结合当地的生态条件并针对不同的栽植方式采取相应的氮肥运筹措施。     

不同形态氮肥与结实期水分胁迫对水稻氮素利用及产量的影响

以杂交籼稻"冈优527"和常规粳稻"农垦57"为材料,设置硫酸铵(铵硝配比100∶0)、硝酸铵(铵硝配比50∶50)、硝酸钠(铵硝配比0∶100)3种形态氮肥及结实期4种水分胁迫处理[土壤水势(ψsoil)分别为0 kPa、25 kPa、50 kPa、75 kPa,持续处理14 d],研究其对水稻氮素吸收利用及产量的影响。结果表明:结实期土壤水势在25 kPa时,铵硝比50∶50处理较铵硝比100∶0处理的水稻籽粒产量增加显著,铵态氮比例≥50%时,适当增加硝态氮比例可缓解土壤水分严重不足对产量形成的不利影响。当土壤水势在0~25 kPa范围内适当增加硝态氮肥比例,有利于促进稻株氮素累积,尽管与纯铵态氮处理间未达到显著水平,但与纯硝态氮处理间差异均达到显著水平。土壤水势≤50 kPa时,增加硝态氮产量优势减弱,相反增加铵态氮肥的比例更有利于产量形成。增加铵态氮有利于分蘖盛期前稻株对氮的吸收,但在保证一定铵态氮比例下,适当增加硝态氮有利于加快中、后期对氮素的吸收速度和氮素累积量,为结实期氮素向籽粒转运及提高氮素利用效率提供保证。适度水分胁迫能促进结实期水稻对氮素的吸收,促进结实期干物质累积,提高各器官中营养物质向籽粒运转,进而有利于收获指数的提高。杂交籼稻"冈优527"和常规粳稻"农垦57"对不同形态氮肥与结实期水分胁迫下氮素利用及产量的响应趋势基本一致。     

不同土壤水势与氮素营养对杂交水稻生理特性和产量的影响

以超级杂交水稻“两优培九”为试验材料,研究了不同土壤水势和氮素营养对其生理特性和产量及氮肥利用率的影响。结果表明, 1）同一土壤水势下,植株地上部分干重与总干重随氮肥水平的提高而提高,而根冠比则降低。2）在同一氮肥水平下,叶片净光合速率、叶绿素a和叶绿素b及其总含量、SPAD值及叶片水势随着土壤水势的降低而降低,而叶绿素a/b、丙二醛的含量和过氧化物酶的活性随之而增加;同一土壤水势下,叶绿素a和叶绿素b及其总含量、SPAD值均随氮肥水平的提高而提高,而叶片水势、叶绿素a/b和丙二醛的含量随之降低。3）在同一氮肥水平下,水稻产量随土壤水势的降低而降低;土壤轻度干旱时,水稻产量高低顺序为高氮中氮低氮;而当土壤水分充足或土壤重度干旱时,则表现为中氮高氮低氮。随着土壤水势的降低,中、高氮处理的氮肥农学利用率降低。试验结果还表明,225 kg/hm2施氮水平在0 kPa土壤水势下有明显的增产效果,过度增施氮肥并不利于水稻增产与氮肥利用率的提高。     

土地利用变化对粮食产量与环境效应的影响——以黑龙江省双城市为例

以1986年和2000年1:10万陆地卫星解译数据为基础,结合统计数据,利用地理信息系统的空间分析功能,分析了14年来双城市土地利用变化情况及其对粮食产量和环境效应的影响。结果表明:双城市旱田面积、草地面积和水域面积在逐年减少,分别减少1841．15hm2、3030．25hm2和70．86hm2;城镇用地、居民用地、林地和水田面积呈增加趋势,分别增加581．78hm2、363．91hm2、1103．5hm2和2934．77hm2;双城市粮食产量趋于一种起伏的上升状态,由1982年37．3万t上升到2001年135．3万t,最高年份1998年粮食产量为165．1万t;从双城市1957～2000年的年均气温和降水分析得出,年均气温上升,年均降水量减少。     

花后人为模拟倒伏对超级稻生长、产量和品质的影响

倒伏是水稻实现高产优质的主要限制因子之一。以‘南粳9108’为材料,研究人为模拟倒伏对超级稻物质生产和分配、产量和产量构成因素以及稻米品质的影响及其与倒伏发生时期的关系,探讨倒伏对水稻生长、产量和品质的影响,为超级稻抗倒栽培提供依据。试验设3个处理,分别为正常植株(CK)、抽穗后15 d倒伏(AL15)和抽穗后30 d倒伏(AL30),成熟期测定水稻物质积累与分配、产量和产量构成以及稻米主要品质性状。结果表明,与正常生长水稻相比,AL30和AL15处理使水稻地上部各器官生物量下降,总生物量分别显著降低7.3%和24.3%。从物质分配看,AL15处理使水稻生物量在生殖器官中的分配比例显著下降,而AL30处理植株响应不显著。AL30和AL15处理使水稻产量分别显著下降8.3%和36.4%。抽穗后倒伏造成的产量损失主要与饱粒率和饱粒千粒重下降有关。AL30处理使饱粒率和饱粒千粒重分别显著下降5.6%和3.3%,AL15处理分别极显著下降30.8%和6.7%。水稻结实期倒伏导致饱粒重下降主要与糙米变小,稻谷充实程度明显降低有关。从稻米品质看,AL30和AL15处理使水稻整精米率分别下降7.5%和14.7%,达显著和极显著水平;AL30处理对稻米蛋白质和直链淀粉含量均无显著影响,但AL15处理使稻米蛋白质含量极显著增加20.2%;RVA谱数据表明,结实期倒伏水稻崩解值减少而消减值增加,但均未达显著水平。以上结果表明,结实中后期发生倒伏对超级稻‘南粳9108’籽粒产量和稻米品质影响较小,但结实早期倒伏将使物质生产和籽粒灌浆均受到抑制,最终导致产量大幅下降,同时稻米加工和食味品质亦呈变劣趋势。