优化栽培模式对水稻根-冠生长特性、水氮利用效率和产量的影响

【目的】探明优化栽培模式对水稻根冠发育以及产量与肥水利用效率的影响。【方法】以甬优1540(三系籼/粳杂交稻)为材料,设置3个处理：0N(空白)栽培模式、当地农户习惯栽培模式(对照)以及优化栽培模式。【结果】优化栽培处理两年的平均产量为11.5 t/hm²,与对照差异不显著;但其氮肥偏生产力、产谷利用率以及水分利用率较对照显著提高。与对照相比,优化栽培处理改善了水稻根系形态与生理特征,降低了根系生物量与根-冠比,提高了深根比与比根长,增加了齐穗期与灌浆中期根系活跃吸收表面积,提高了灌浆中后期根系氧化力与根系伤流液中玉米素(Z)+玉米素核苷(ZR)的浓度。此外,与对照相比,优化栽培处理显著提高了灌浆中后期剑叶净光合速率、叶片中Z+ZR含量以及籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性。【结论】优化与集成现有栽培技术,可以改善水稻根系形态与生理特征,提高地上部生理活性,进而实现肥水利用效率的提高。     

我国超级稻根系特性及根际生态研究现状与趋势

以超级稻为代表的一批超高产水稻研发成功使水稻单产获得大幅度提高。较大的根系生物量、根重密度、根长、根长密度和根直径,根系偏向纵深分布且土壤深层根系生物量增大是超级稻根系生物学主要特征;高的单株根系氧化力、总吸收表面积、活跃吸收表面积、根系细胞分裂素(玉米素与玉米素核苷)含量是超级稻扩库增产的重要根系生理基础。生产中的施肥管理、水分管理、种植方式和根际土壤生态环境pH、氧、微生物、氮素形态等均可显著影响水稻根系的生长发育。通过适当的技术措施调控水稻根际生态环境向有利于水稻生长生理需求方向发展,以促进水稻根系健壮生长,实现水稻增产。水稻高产群体根系构型的形成与根际土壤生态因子匹配原理与调控,高产水稻地下根系、根际生态因子与地上群体的互作机制与调控路径,水稻根系定量化等方面是今后水稻根系深入研究的主要方向。     

不同供氮模式对水稻根系形态及生理特征的影响

【目的】为明确氮素优化管理模式(OPTs)下水稻根系形态和生理特征及其与氮素吸收和产量形成的关系。【方法】以镇稻11为材料,采用营养液培养,通过三种氮素供应模式分别模拟农民习惯施肥(FFP)、高效施肥(HE)及高产高效施肥(HEHY),研究了不同供氮模式对水稻主要生育期生物量和氮素累积、根系形态和生理特征以及产量形成的影响。【结果】与FFP相比,HE和HEHY(OPTs)通过提高每穗粒数、结实率和千粒重而使水稻籽粒产量分别增加5.7%和16.0%。与FFP相比,OPTs增加了生育期内水稻根系生物量、根系长度、根系总表面积、根系体积以及单个分蘖不定根数目,并提高了灌浆期根系活力、根系氮素同化能力以及叶片光合速率。相关分析表明,开花期根系生物量、总表面积、根体积、单个分蘖平均不定根数目、伤流液流速和谷氨酰胺合成酶活性均与总氮素累积量及产量显著正相关。【结论】因此,OPTs通过养分调控,可促进水稻根系的生长、优化根系形态结构,并能维持水稻生育后期较高的根系活力,从而促进了水稻对氮素的累积以及产量的形成。     

中籼水稻品种改良过程中米质和根系特征对灌溉方式的响应

【目的】研究不同灌溉方式下中籼水稻品种的稻米品质与根系特征。【方法】以江苏省近80年来各阶段具有代表性的中籼水稻品种为试验材料,全生育期设置干湿交替灌溉(AWD)和常规灌溉(CI)处理。在矮秆、半矮秆常规稻和半矮秆杂交稻中各选择2个水分利用效率(WUE)存在明显差异的品种进行稻米品质和根系特征分析。【结果】无论是在AWD还是CI下,各类型品种的产量和WUE均随品种改良逐渐提高。与CI相比,AWD显著增加了产量和水分利用效率。在AWD下,各类型品种(矮秆品种、半矮秆品种、半矮秆杂交稻)的产量分别为6.96 t/hm²、8.71 t/hm²和10.14 t/hm²,WUE分别为1.30 kg/m³、1.62 kg/m³和1.91 kg/m³。各类型品种的精米率、整精米率、蛋白质含量、淀粉溶解度与膨胀度、根干质量、根冠比、根系氧化力、根系总吸收表面积和活跃吸收表面积、根系伤流液中玉米素和玉米素核苷以及脱落酸含量随品种改良显著提高。与CI相比,AWD改善了稻米的加工和外观品质及根系形态生理特征,提高了稻米淀粉的峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值,降低了淀粉的消减值和相对结晶度。相关分析表明,产量、WUE及稻米品质均与根系生长密切相关。【结论】现代半矮秆品种尤其杂交稻在全生育期干湿交替灌溉条件下可获得较高的产量和水分利用效率以及较优的稻米品质,这与根系形态和生理特征的改善密切相关。     

水稻对过氧化尿素用量的响应特征

为明确过氧化尿素不同用量对根际缺氧胁迫下水稻生长的影响,通过2007年和2008年土培试验,考察了水稻的根系形态、生理性状、干物质积累、产量等对过氧化尿素不同用量的响应特征。结果表明:相对其它处理,追施2/3量的过氧化尿素土表水层较高溶氧量的持续时间较长;增施少量过氧化尿素,水稻分蘖期根系孔隙度显著降低,而随着过氧化尿素施肥量的增加,根系孔隙度有增加的趋势;根系总吸收面积和活性吸收表面积比呈现随过氧化尿素施肥量增加先增大后减小;从产量及其构成上看,适度施加过氧化尿素增氧能够提高每穗实粒数、结实率及有效穗数,进而提高作物的产量。通过不同过氧化尿素施肥量下水稻生长状况的对比,施155 kg/hm2尿素并在分蘖期和孕穗期追加480 kg/hm2过氧化尿素的增氧模式不仅有利于改善水稻淹水状况下的氧状况,同时促进了水稻根系发育、干物质积累及产量的形成。     

铵态氮和硝态氮营养对水、旱稻根系形态及水分吸收的影响

为研究不同形态氮素营养对水稻和旱稻根系生长及水分吸收的影响,采用水培供应不同形态氮素(铵态氮、硝态氮、铵态氮和硝态氮混合)的方法培养水稻和旱稻,并对水稻和旱稻的根系形态进行了扫描分析;同时,通过测定根系伤流液和采用HgCl2抑制水通道蛋白活性的方法,比较了水稻和旱稻根系对不同氮素形态响应的差异。 铵态氮营养水稻（或旱稻）的根干质量明显低于硝态氮营养水稻（或旱稻）,但单位根表面积的水分吸收与根系伤流液量比硝态氮营养高;3种形态氮素营养水稻（或旱稻）运输水分的主要方式均是水通道蛋白的跨膜运输途径,但铵态氮营养水稻（或旱稻）的根系通过水通道蛋白跨膜运输途径运输水分的能力明显高于硝态氮营养水稻（或旱稻）;与水稻相比,旱稻对硝态氮营养具有较强的适应性。     

两个亚种间杂交稻组合的根系生理活性

以亚种间杂交组合Ⅱ优2070及恢复系2070、Ⅱ优419及恢复系中419为材料,分析测定了在不同生育期水稻的根系生长、伤流液量及根源细胞分裂素含量的变化情况,结果表明亚种间杂交组合具有根系生长优势和较强的伤流强度,根系伤流液中玉米素及细胞分裂素总量高于恢复系,杂交组合根系活力强,与玉米素及细胞分裂素总量下降缓慢有关。     

增氧对水稻根系生长与氮代谢的影响

 以国稻6号(杂交籼稻)和秀水09(粳稻)为材料,在水培条件下研究通气增氧对水稻苗期根系生长和氮代谢的影响。结果表明,增氧处理水稻根系干物质积累量、根长、根体积、根系活力以及吸收面积较对照均有不同程度增加。水稻根系硝态氮（NO3 N）含量、游离氨基酸和可溶性糖含量均增加。谷氨酸合成酶（GS）、谷草转氨酶（GOT）和谷丙转氨酶（GPT）活性均增强。在本试验条件下,增氧能显著提高粳稻秀水09苗期根系氮代谢相关酶生理活性;但增氧对杂交籼稻国稻6号根系氮代谢相关酶生理活性影响不显著,说明通气增氧对水稻根系氮代谢生理活性的影响可能与水稻基因型有关。     

根际氧环境对水稻幼苗根系微形态结构的影响及其生理机制

【目的】研究根际氧环境对水稻幼苗根系微形态建成的影响及其生理机制,以期为水稻幼苗理想根型的构建提供理论依据。【方法】以春优84和秀水09为材料,用国际水稻所营养液配方进行水培试验。秧苗移栽一周后用在线溶氧仪(氮气、氧气调节)设定低氧(0~1.0 mg/L)、中氧(2.5~3.5 mg/L)和高氧(>6.0 mg/L,饱和溶解氧处理,在水稻生长过程中用充气泵连续向水体中充入空气)和常规水培(CK,不进行氧调节,水稻移栽一周后水中氧含量约为0.3~2.5 mg/L) 4个氧处理,研究水稻幼苗生物量、根系微形态结构、根系分泌有机酸、呼吸强度等指标。【结果】1）各处理水稻幼苗根系直径为d₁(0~0.50 mm)、d₂(0.51~1.00 mm)和d₃(1.01~1.50 mm)的细根占总根的比例均超过90%,对水稻苗期根系形态构建尤为重要。中氧处理后,春优84直径为d₁、d₂和秀水09直径为d₁、d₃的根的根长和根表面积均明显高于对照。2）低氧处理减少地上部和地下部生物量,抑制细根(d₁)生长,促进粗根(d₅, 2.01~2.50 mm)的生长,降低呼吸强度,增加有机酸分泌量。中氧和高氧处理后水稻植株的生物量均有增加,但生理反应不尽相同。中氧处理后水稻根系呼吸强度上升,而高氧处理后根系呼吸强度降低。各氧处理均减少水稻幼苗根系生长素(IAA)含量,中氧和高氧处理与对照间差异达显著水平。高氧处理显著增加根系一氧化氮(NO)含量,其他处理间差异不显著。3）相关分析结果表明,两供试品种总根和细根(d₂)的各形态指标(根长、表面积和体积)均与根系有机酸分泌量、呼吸强度、NO含量正相关,与生长素(IAA)含量负相关。【结论】适当增氧(中氧)处理增加水稻幼苗根系呼吸强度和有机酸分泌量,根系生理活性增强;增加细根(直径为0~1.50 mm)的根长、吸收面积的占比,优化其根系形态结构。因此,生产上可以通过栽培措施改变根际氧环境调控分蘖期水稻根系微形态结构,增强根系功能。     

有序摆抛栽超高产栽培对水稻根系形态生理特征的影响

为研究不同抛栽方式对水稻根系形态生理的影响,探索抛秧稻超高产轻简栽培新途径,以粳型超级稻武运粳24和南粳44为试验材料,设置摆栽、点抛和撒抛三种抛栽方式,并以机插为对照,系统研究了有序摆抛稻根系的形态和生理特征。结果显示,水稻有序摆栽和点抛后秧苗根系长度、根数、单株根质量高于撒抛和机插,栽后7 d 3连孔稻苗优势明显,栽后15d2连孔秧苗表现出较强的优势。各生育时期群体根干质量、根冠比、根系活力表现为摆栽点抛撒抛机插,不同连孔稻株间表现为2连孔3连孔单孔,根系吸收总面积、活跃吸收表面积和吸收面积比与穗后根系伤流量亦呈现相同趋势。各生育时期的根系干质量、根冠比、根系活力及抽穗期单茎根系伤流量、根系吸收表面积、活跃吸收表面积、活跃吸收比与产量极显著相关。齐穗后15d,70%以上根系分布在0~5cm,90%以上根系分布在0~10cm,各层根干质量、根体积、根干质量密度抛栽方式间表现为摆栽点抛撒抛,不同连孔处理间为2连孔3连孔单孔,5~10cm、10~15cm、15~20cm的根系比例亦呈现此趋势。0~20cm内,各层根系干质量、根系体积、根干质量密度与产量极显著相关,上层根系对产量贡献较大,0~10cm贡献率达90%以上。总之,水稻有序摆抛栽根系发生快,各生育期活力强,后期分布合理,其良好的根系特性是超高产形成的生理基础。     

结实期干湿交替灌溉对水稻根系、产量和土壤的影响

[目的]干湿交替灌溉(WMD)对水稻根系生长和产量形成有重要影响,但其对土壤性状的影响,以及与根系生长的关系尚不明确.[方法]本研究以5个不同类型的水稻品种为材料,在结实期设置常规灌溉(CI)和干湿交替灌溉(WMD)两种灌溉方式处理,研究了其对水稻产量、根系形态生理及土壤性状的影响.[结果]1)与CI相比,结实期WMD...     

水稻和陆稻籽粒灌浆特性的比较

应用Richards方程对水作和旱作水稻与陆稻的籽粒灌浆过程进行拟合,研究两种稻灌浆特性在不同水分管理条件下的差异。结果表明,与水作相比,水稻旱作穗数和粒重明显降低,产量下降;强势粒和弱势粒的灌浆速率降低,活跃灌浆期缩短,强势粒和中势粒的起始生长势减弱,到达最大灌浆速率的时间延迟,强、弱势粒进入灌浆盛期的间距缩短,从而影响弱势粒的灌浆,强、弱势粒灌浆速率的差异增大,最终导致粒重和结实率降低。陆稻旱作与水作相比,除活跃灌浆期略有缩短以及强、弱势粒进入灌浆盛期的间隔略有延长外,整体上灌浆过程变化不大。与水稻相比,陆稻在两种水分条件下灌浆过程和产量及其构成因子的差异较小,表现为籽粒灌浆的起始生长势特别是强、中粒位势的起始生长势低,灌浆前、中期灌浆较强,强、中势籽粒对同化物的激烈竞争使弱势粒灌浆变差,籽粒灌浆期短,特别是灌浆后期持续时间短,导致结实率和粒重低,最终影响产量。旱作条件下,水稻与陆稻相比,籽粒灌浆速率较小,活跃灌浆期较长,强、弱势粒灌浆呈现明显的异步性。     

水稻水作与旱作对抽穗后剑叶光合特性、衰老及根系活性的影响

对水稻水作与旱作栽培模式下水稻衰老和后期一些生理活性的影响进行了研究。结果表明,由于水分的影响,水稻旱作不同程度加速了水稻生理机能的衰退,使籽粒干物质积累受阻,粒重下降而减产。水稻水作不仅改善了水稻剑叶光合因子,提高了光合效率,而且剑叶呼吸速率下降缓慢,相对电导率上升缓慢,SOD酶活性较高,MDA含量低,表明剑叶后期衰老进程慢,促进籽粒增重,产量高。此外,旱作水稻生育末期根系干物质积累、活力高及代谢旺盛的优势对籽粒增重也是一种负向影响;而水稻水作开花-灌浆期根系活力高,生育末期根系生理活性迅速衰退,保证了籽粒的充实     

小麦秸秆还田条件下轻简栽培水稻的生长特性

 以粳稻品种扬辐粳8号作试验材料,设小麦秸秆还田处理,以秸秆不还田作对照,进行直播、机械插秧、抛秧,并对水稻物质生产、产量形成及有关生理指标进行了分析。与秸秆不还田相比,秸秆还田处理穗数均有所下降,每穗粒数、结实率和千粒重均有所增加,产量均显著提高;各生育期的茎蘖数均明显降低。光合势、叶面积指数和干物质积累抽穗前低于秸秆不还田,抽穗后则相反;各生育期的根冠比均较高。抽穗期高效叶面积、高效叶比例以及粒叶比均较大,结实期茎鞘中贮存的碳水化合物的输出率及转换率以及收获指数明显大于秸秆不还田。结实期根系活力、伤流液、光合速率和ATP酶活性均高于秸秆不还田。阐明了秸秆还田轻简栽培水稻的生育特性和增产效应。同时,对秸秆还田水稻高产的生理原因进行了讨论,并提出秸秆还田水稻的关键调控技术。     

水分胁迫对节水抗旱稻产量形成和根系形态生理特性的影响

目的 探究节水抗旱稻组合旱优73在不同灌溉条件下产量形成特点及其根系形态生理的变化情况。方法 以节水抗旱稻旱优73和高产水稻H优518为材料,通过根管试验设置三种水分处理(常规灌溉、轻度水分胁迫、重度水分胁迫),调查株高、分蘖、根系形态特征和生理特性以及产量构成因素,分析性状之间的关系,探究不同程度水分胁迫对旱优73和H优518产量形成和根系形态生理的影响及其差异。结果 两年的重复试验结果表明,与常规灌溉相比,在轻度水分胁迫下,旱优73的产量及其构成因素无显著变化,H优518的产量在两年内平均减少了25.6%,每穗粒数、结实率、千粒重也显著降低;在重度水分胁迫下,两品种产量及其构成因素均显著降低,其中,旱优73的产量两年内平均减少了28.8%,H优518产量减少了46.1%。与常     

Recovery Effect of Root Soaking in Brassinosteroid (BR) on Transplanting Shock of Hydroponically Grown Long-Mat Rice Seedlings Under Mechanical Transplanting

【Objective】Mechanical transplanting results in serious transplanting shock of rice seedlings and a longer recovery stage, which negatively impacts the growth of rice seedlings in the paddy field and the yield formation of machine-transplanted rice. The objective of the research is to investigate the effects of brassinosteroid (BR) soaking on transplanting shock and grain yield of hydroponically grown long-mat seedlings (HLMS) under mechanical transplanting. 【Method】We analyzed the effects of different concentrations of BR (CK, T1, T10, T20, BR concentrations of 0 mg/L, 1 mg/L, 10 mg/L, 20 mg/L in the nutrient solutions, respectively) soaking on morphological traits, dry matter accumulation, antioxidant system, endogenous hormone concentrations and grain yield of HLMS under mechanical transplanting. 【Result】Root soaking in BR could promote above-ground part growth of rice, the plant height under T1, T10, T20 was 11.68%, 8.12% and 7.61% higher than CK, respectively; and the effect on the root was more obvious, BR soaking significantly increased the root length, root surface area, root tip number, root volume, root diameter, root weight and root/shoot ratio. At low BR concentration, root tip overnumbered that at high BR concentration while other root system indicators were better under high concentration BR treatment. Compared with CK, BR (T1, T10, T20) soaking decreased the H2O2 content in leaves by 12.50%, 23.25% and 22.25% 12 days after transplanting, respectively, and increased the activities of antioxidant enzymes. Compared with the day of transplanting, the zeatin (ZT) concentration in the leaves under BR soaking treatments increased rapidly (197.27%, 153.11% and 243.78%, respectively), while under CK treatment it increased slowly (2.94%), the root performance was consistent with leaves, and the auxin (IAA) concentration in the roots was significantly higher than that of CK on the second day after transplanting. The gibberellin (GA3) content of roots in BR soaking treatments was significantly higher than that of CK within one week after transplanting. Compared with CK, T10 significantly increased the number of spikelet per panicle by 15.04%, and the seed-setting rate by 6.62%. T20 obviously increased the seed-setting rate by 6.17%. However, T1, T10, and T20 notably decreased 1000-grain weight. The grain yield under T10 and T20 treatments (the corresponding values were 10.58 t/hm2 and 10.84 t/hm2) were 5.11% and 7.99% higher than CK (10.04 t/hm2), while grain yield under T1 (9.68 t/hm2) was 3.58% lower than that of CK, and there was no significant difference among these treatments. 【Conclusion】Briefly, BR （T10, T20）soaking at proper concentrations could mitigate the transplanting shock, increase antioxidant enzymes activities, decrease H2O2 content of leaves, improve the contents of ZT, GA3, and IAA to different extent, efficiently promote roots growth, increase the number of spikelet number per panicle and seed-setting rate of HLMS under mechanical transplanting. This study will lay a theoretical basis and provide technical reference for reducing machine-transplanting shock and promoting high and stable yield of mechanical transplanted rice.