超级稻高产栽培生理研究进展

 我国于1996年启动了理想株型与亚种间杂种优势相结合为技术路线的超级稻育种计划,目前已育成约80个超级稻品种。这些品种产量高,兼顾品质与抗性,在试验示范区或特定气候条件下产量可达到12～21 t/hm2,展示了超级稻的巨大增产潜力。对于超级稻品种高产的原因,可概括为以下几个方面：与常规高产品种相比,超级稻品种每穗颖花数多、库容量大(即单位面积颖花数多);叶面积指数大、绿叶面积持续期长、光合速率高、茎秆抗倒性强;  抽穗前干物质累积量高, 结实期茎叶中碳水化合物转运到籽粒中的量大;  根量大、根系活性强。但是,超级稻品种在生产上也存在一些问题,突出地表现在两个方面：一是强势粒(着生在穗子中上部、开花较早的籽粒)、弱势粒(着生在穗子基部、开花较迟的籽粒)充实整齐性差;二是结实率低且不稳定。综述了超级稻的生物特性、产量结构、群体质量特征以及相关生理机理方面的研究进展,提出深入开展超级稻栽培生理研究的建议。     

不同追氮模式对河南沿黄稻区粳稻根系生长和产量的影响

为明确不同追氮模式对河南沿黄稻区粳稻产量的影响,以常规粳稻品种郑稻19和郑稻20为材料,于水稻拔节后设置4种追氮模式,基蘖肥∶促花肥∶保花肥∶粒肥分别为6∶4∶0∶0（T1）、6∶0∶4∶0（T2）、6∶2∶2∶0（T3）、6∶0∶2∶2（T4）,以施用等量基蘖肥不追施氮肥（T0）作为对照,研究中后期不同追氮模式对水稻根系形态和生理特征的影响及其与产量的关系。结果表明,郑稻19和郑稻20的穗数、结实率和千粒重在不同追氮模式间无显著差异,而T3处理的穗粒数和产量显著高于其他处理,均表现为T3>T1>T2>T4>T0。同时,2个水稻品种齐穗期、齐穗后至成熟期的根系体积、根干重、总吸收表面积、活跃吸收表面积和地上部干重均是T3处理最高,且根系氧化力、吲哚乙酸含量和玉米素+玉米素核苷含量也是T3处理最高。说明水稻拔节后分次适时（促花肥和保花肥）追氮能够促进中后期根系生长,维持根系较高的生理活性,延缓根系退化衰老,有利于水稻高产,而一次追肥或延迟追肥对水稻生长促进作用减弱。     

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。     

弱光胁迫对不同基因型玉米光合色素的影响

以32个不同基因型玉米为材料,从拔节期到吐丝期,采用50%遮光处理,研究了弱光胁迫对不同基因型玉米光合色素的影响。结果表明,弱光胁迫对玉米不同光合色素组分的影响差异较大。其中叶绿素a含量变化没有明显的规律性,而大部分品种的叶绿素b含量增加,总叶绿素含量呈增加趋势,而叶绿素a/b值下降,类胡萝卜素含量也普遍减少。     

砂姜黑土区玉米氮磷钾吸收利用的基因型差异

以郑单958、先玉335、郑单538、豫单606这4个品种为试验材料,在河南省西平县试验基地,通过2015、2016年的大田试验探讨玉米氮磷钾吸收利用的基因型差异,研究河南省砂姜黑土区玉米丰产高效精准施肥问题.研究表明,各玉米品种之间因基因型差异,对养分的肥效特性不同,进而造成玉米产量的差异.根据各品种的肥效特性进行针...     

不同施氮水平下沿黄常规粳稻根系生理与强、弱势粒灌浆的关系

为研究不同施氮水平下沿黄常规粳稻根系生理与强、弱势粒灌浆的关系,以2 个沿黄常规粳稻品种‘郑稻19’和‘郑稻20’为材料,大田种植。设置全生育期不施氮肥、全生育期施氮90、180、270、360 kg/hm2 5 种氮肥水平,观察2 个水稻品种根系生理与强、弱势粒灌浆特性。结果表明,随施氮量增加,2 个水稻品种的产量先显著增加后降低,强弱势粒质量、灌浆速率、最大和平均灌浆速率减小或显著减小,到达最大灌浆速率的时间和活跃灌浆期增加或显著增加。与强势粒相比,弱势粒质量较轻,最大和平均灌浆速率较小,到达最大灌浆速率时间较迟,活跃灌浆期较长。2 个水稻品种的根系氧化力、玉米素+玉米素核苷含量和活跃吸收表面积在花后逐渐降低,下降幅度逐渐增大,随施氮量增加先增加后降低。相关分析表明,强、弱势粒灌浆速率在灌浆前期与以上根系生理性状呈显著或极显著负相关,强势粒的最大和平均灌浆速率与根系生理性状呈显著或极显著负相关,而弱势粒则与之呈显著或极显著正相关。     

利用CRISPR/CAS9基因编辑技术创制香型郑稻19新种质

有特殊香味的稻米深受我国消费者欢迎,是优质水稻的重要指标之一,本研究通过基因编辑创制香型优质水稻新种质。水稻中甜菜碱醛脱氢酶基因Badh2是控制香味的关键基因,以适于直播品种郑稻19为供体材料,利用CRISPR/CAS9技术定点突变水稻Badh2基因。获得T0代转基因阳性植株11株,其中9株子粒有香味,检测6个香型T1株系靶点序列,6个株系均发生突变,发现7种突变类型,5种是缺失类型,2种插入类型,其中3个株系（T1-2、T1-3和T1-7）出现双等位突变。6个T1代株系共测序22个单株,检测到纯合突变10株;T2代检测28株,其中纯合突变21株。以潮霉素抗性基因引物检测T1-2、T1-6和T1-7株系后代单株载体脱落情况,T1代3个株系未获得无载体纯合突变单株,T2代中获得8株无载体纯合突变单株,来源于T1-2株系有3株,来源于T1-7株系5株。T0代9株香型单株子粒2-AP含量1.259±0.072μg/g,T1代8个突变株系2-AP含量0.537±0.111μg/g,均显著高于对照郑稻19。考察中选T1-2、T1-7株系的农艺性状,与郑稻19无显著差异。这些无载体突变单株可作为香型种质在种质创新和育种中应用。     

播量对直播稻郑旱10号产量及根系生理性状的影响

以直播稻品种郑旱10号为供试材料,探讨不同播量(90、120、150、180、210 kg/hm2)对直播稻郑旱10号产量及根系生理性状的影响,以期为直播稻适宜播量的选择提供理论依据与指导。结果表明,直播稻郑旱10号的产量随播量增加先显著增加后显著降低,当播量为150 kg/hm2时,产量最高,为10.64 t/hm2。直播稻郑旱10号的叶片净光合速率在齐穗后逐渐下降,随播量的增加先增加后降低,播量为150 kg/hm2时达到最大。地上部干质量随生育进程的推进而增加,根干质量、根系总吸收表面积和活跃吸收面积均随生育进程的推进先增加后降低,齐穗期达到最大;地上部、根干质量和根系总吸收表面积、活跃吸收面积在分蘖中期、穗分化始期和齐穗期均随播量增加而增加,而在成熟期随播量增加先增加后降低,播量为150 kg/hm2时达到最大。根系氧化力和根系生长素、玉米素+玉米素核苷含量均随生育进程的推进先增加后降低,穗分化始期达到最大;均随播量增加而降低,其中齐穗期和成熟期在播量大于150 kg/hm2时,降低更加明显。综上,当播量为150 kg/hm2时,直播稻郑旱10号的叶片净光合速率最大,成熟期地上部、根干质量和根系总吸收表面积、活跃吸收面积最大,根系氧化力、根系生长素、玉米素+玉米素核苷含量较大,产量最高。     

弱光条件下不同玉米品种净光合速率及产量和品质的比较研究

采用大田试验,研究了50%遮光对15个玉米品种净光合速率及产量和品质的影响.结果表明,遮光处理后,15个玉米品种叶片的净光合速率下降10.49%～31.54%;子粒产量减少24.36%～55.75%;子粒中淀粉含量减少0.99%～8.48%;子粒中油分含量除豫玉22和郑单958显著增加,增幅为19.47%～24.99%外,其余品种均减少或显著减少,减幅为0.60%～9.54%;子粒中蛋白质含量除鲁单981和登海602显著减少,减幅为2.10%～7.18%外,其余品种均增加或显著增加,增幅为1.61%～28.33%;子粒中赖氨酸含量除鲁单981、京单28和登海602减少,减幅为0.65%～14.65%外,其余品种均有所增加,增幅为0.59%～14.12%.结果提示,郑单958、登海602和豫单998对弱光的适应能力较强,而豫玉22、滑丰9号和农乐168则较弱.     

干湿交替灌溉耦合施氮量对水稻籽粒灌浆生理和根系生理的影响

干湿交替灌溉耦合施氮量对水稻根系生长和产量形成有重要影响,但其对籽粒灌浆生理的影响,以及与根系生理的关系尚不明确。为探讨干湿交替灌溉和施氮量对水稻籽粒灌浆、籽粒淀粉合成相关酶活性和激素含量变化及其根系生理的影响,以超级稻品种南粳9108为材料,大田种植,设置常规灌溉(conventional irrigation, CI)和干湿交替灌溉(alternate wetting and drying, AWD)2种灌溉方式及5个施氮水平,全生育期不施氮肥(0N)、全生育期施氮肥90 kg hm^-2(90N)、全生育期施氮肥180 kg hm^-2(180N)、全生育期施氮肥270 kg hm^-2(270N)和全生育期施氮肥360 kg hm^-2(360N)。结果表明:灌溉方式与施氮量存在显著的互作效应,干湿交替灌溉增加了南粳9108籽粒最大灌浆速率和平均灌浆速率,提高了籽粒中蔗糖合成酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉合成酶、淀粉分枝酶的活性和玉米素+玉米素核苷、3-吲哚乙酸、脱落酸的含量,增加了花后根系氧...