水稻低叶绿素含量突变对光合作用及产量的影响

突变体水稻叶绿素含量仅是其野生型水稻的51%,但是其饱和光合值在低氮、中氮、高氮处理下,却比对照野生型水稻分别高3.7%、20.4%与39.1%。为了探究其生理学机制,分别在大田与盆栽试验中,不同氮肥水平研究了突变体材料与野生型材料的叶片Rubisco酶含量、气孔导度、水通道蛋白表达水平、叶绿素荧光、叶片解剖结构和叶绿体超微结构。叶绿体超微结构表明突变体材料虽然叶绿素含量降低,叶绿体的发育并未受到影响;叶绿素荧光试验结果表明,高光强下,低叶绿素含量突变体并未受到光抑制,光反应电子传递未受影响。气孔导度数据、叶片显微结构观察与水通道蛋白基因表达数据表明叶黄突变体具有较高的气孔与叶肉导度;同时低叶绿素含量突变体内较高的Rubisco酶含量也是其在高光照条件下具有较高光合速率的重要原因。产量数据表明,叶黄突变体虽然生育期短,但其产量水平与对照无显著差别,这可能与其高光强条件下有较高的光合速率有关。上述试验结果表明高叶绿素含量并不是叶片高光合速率的必需条件。在今后的高光效育种中,挑选叶绿素含量适宜的品种更有利于叶片内氮素在其他光合器官中的分配,提高光合效率,最终获得高光效品种。在本研究中使用的叶绿素含量降低突变体在高光效育种中有潜在的研究价值。     

不同种植方式下氮素营养对陆稻和水稻产量的影响

以粳型陆稻中旱3号和粳型水稻扬粳9538为材料, 设置裸地旱种和水种两种方式及低氮(LN, 100 kg hm^-2)、中氮（NN, 200 kg hm^-2）和高氮(HN, 300 kg hm^-2) 3种N素水平, 比较研究了氮素营养对陆稻和水稻产量形成的影响。结果表明, 旱种HN处理下陆稻和水稻的产量以及水种HN处理下水稻的产量较NN有所下降; 但水种HN处理下陆稻的产量较NN增加; 随施N量增加, 水、陆稻在两种种植方式下穗数均增加, 每穗粒数表现不一, 结实率均下降, 但陆稻降幅小于水稻, 陆稻千粒重差异不显著, 而水稻则显著下降。与水种相比, 旱种条件下陆稻的千粒重无显著变化, 而水稻千粒重则显著下降, 水、陆稻旱种的结实率均有所提高, 但陆稻的提高幅度大于水稻。与水稻相比, 陆稻不定根数少, 吸N能力低, 分蘖能力弱, 成穗数少、穗型小, 产量较低。拔节至抽穗期不定根数的增幅大, 叶片含N率下降慢, 花后叶片含N率和剑叶叶绿素（SPAD）值下降快。陆稻光合生产力对水分胁迫的负响应小, 对增施N素正响应大。表明陆稻和水稻对种植方式和N素的响应有明显差异。对陆稻和水稻的产量增产途径进行了讨论     

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。     

绿色超级稻品种的农艺与生理性状分析

探明绿色超级稻的农艺与生理性状,对于培育和选用绿色超级稻品种有重要意义。本研究以4个绿色超级稻品种为材料,1个超级稻品种和1个非超级稻品种为对照,观察了绿色超级稻的农艺与生理表现。结果表明,与对照品种相比,绿色超级稻品种具有较高的产量和氮素利用效率。绿色超级稻品种较高的产量得益于总颖花数和结实率的同步提高,较高的氮素利用率主要在于较高的植株氮素籽粒生产效率(氮素内部利用效率)。绿色超级稻具有较高的茎蘖成穗率和粒叶比,抽穗期较高的糖花比,灌浆期较高的作物生长速率、净同化率、根系氧化力和茎中同化物向籽粒的运转率和成熟期较高的收获指数。这些性状与产量及植株氮素籽粒生产效率均呈极显著的正相关。建议将上述性状作为培育和选用绿色超级稻品种的参考指标。     

直播旱种与秸秆还田方式对稻田温室气体排放的影响

[目的]为探讨直播旱种和麦秸秆还田方式对稻田温室气体排放的影响。[方法]以扬稻6（籼稻）和扬粳4038（粳稻）为材料进行直播,设置麦秸秆掩埋水种(SIF)、麦秸秆覆盖旱种（NSM）、麦秸秆掩埋旱种(NSI)和常规水种（TF,秸秆不还田,对照）4种处理。利用静态箱-气相色谱法测定稻田温室气体排放。[结果]旱种的产量与水种的产量无显著差异,但 SIF处理的产量显著高于其它处理。稻田CH4排放通量在 TF和 SIF 处理下呈单一的峰值曲线,在 NSI和 NSM处理下变化范围较小。各处理 N2O排放通量呈多峰曲线。与 TF相比,SIF显著增加了 CH4和 CO2的平均排放通量,降低了 N2O的排放速率,而 NSI和 NSM显著降低了 CH4的平均排放通量,增加了 N2O和CO2的排放通量;SIF排放的 CH4、N2O和 CO2所产生的全球增温潜势（ GWP）和单位面积产量的 GWP分别增加47.3%~53.7%和32.2%~39.4%,NSI和 NSM的 GWP分别降低了24.2%~29.6%和30.1%~35.5%,单位面积产量的 GWP分别降低21.7%~27.2%和25.6%~31.1%。[结论]麦秸秆覆盖旱种和麦秸秆掩埋旱种在维持较高产量的同时,可显著降低稻田温室气体的排放。     

抽穗-灌浆期低温与弱光对超级稻结实率和生理性状的影响

以超级稻两优培九(两系杂交籼稻)、淮稻9号(粳稻)及高产品种汕优63(三系杂交籼稻)、扬辐粳8号(粳稻)为试材,通过盆栽种植试验,于抽穗至抽穗后10 d、抽穗后11~20 d分别进行低温和遮光处理,观察抽穗-灌浆期不同阶段低温、弱光胁迫对超级稻结实率和部分生理性状的影响。结果表明:低温或弱光胁迫显著降低4个水稻品种的结实率、剑叶光合速率、过氧化氢酶活性、超氧化物歧化酶活性、根干重、根系氧化活力和根系玉米素+玉米素核苷含量,增加剑叶丙二醛含量和过氧化物酶活性。低温与弱光对2个超级稻品种产量和生理性状的影响高于对照,20℃低温处理高于40%遮光处理,抽穗-抽穗后10 d时段高于抽穗后11~20 d时段。结果提示超级稻品种对温度和光照的反应较常规高产品种更为敏感,保证结实期特别是开花灌浆早期温光条件对超级稻灌浆尤为重要。     

花后轻干-湿交替灌溉提高水稻籽粒淀粉合成相关基因的表达

【目的】水稻籽粒灌浆是光合同化产物向籽粒运输并合成淀粉的生理过程,决定水稻结实率、粒重高低及品质优劣。籽粒灌浆过程不仅受遗传因素的影响,而且受到温度和水分等环境因子的调节。灌溉是水稻生产上一项重要的技术,对水稻产量的形成有重要调控作用。但有关花后灌溉方式对水稻籽粒淀粉合成相关基因表达的影响,缺乏研究。本研究旨在探讨花后干湿交替灌溉对水稻籽粒灌浆的影响并阐明其分子机理。【方法】2012-2013年以两优培九（两系杂交籼稻）和扬粳4038（杂交粳稻）为材料种植于土培池,自抽穗（50%穗伸出剑叶叶鞘）至成熟设置3种灌溉方式处理：（1）常规灌溉（conventional irrigation,CI）,保持浅水层,收获前一周断水;（2）轻干-湿交替灌溉（alternate wetting and moderate soil drying,WMD）,自浅水层自然落干至土壤水势达-20 kPa时,灌水1-2 cm,再自然落干至土壤水势为-20 kPa,再上浅层水,如此循环;（3）重干-湿交替灌溉（alternate wetting and severe soil drying,WSD）,自浅水层自然落干至土壤水势达-40 kPa时,灌水1-2 cm,再自然落干至土壤水势为-40 kPa,再上浅层水,如此循环。观察花后干湿交替灌溉对水稻强、弱势粒灌浆速率、粒重和淀粉合成相关酶活性的影响,并应用实时荧光定量PCR技术测定编码这些酶基因的相对表达量。【结果】强势粒的平均灌浆速率、粒重、淀粉合成有关的蔗糖合酶（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）等相关酶活性以及蔗糖合酶基因SuS2、SuS4,腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因AGPL1、AGPL2、AGPL3、AGPS2,淀粉合酶基因SSI、SSIIa、SSIIc、SSIIIa和淀粉分支酶基因SBEI、SBEIIb的相对表达量在3种灌溉方式处理间没有显著差异。与常规灌溉相比,轻干-湿交替灌溉处理显著增加了弱势粒的平均灌浆速率、粒重、4种籽粒淀粉合成相关酶活性和除AGPL1外各基因的相对表达量,重干-湿交替灌溉处理则显著降低弱势粒的平均灌浆速率、粒重、各淀粉合成相关酶活性和基因的相对表达量。两供试品种试验结果趋势一致。相关分析表明,弱势粒的平均灌浆速率、粒重与SuS、AGP、StS、SBE活性以及SuS2、SuS4、AGPL2、AGPL3、AGPS2、SSI、SSIIa、SSIIc、SSIIIa、SBEI、SBEIIb基因的相对表达量呈极显著正相关关系。【结论】在轻干-湿交替灌溉处理下,水稻弱势粒淀粉合成相关酶活性及其基因表达的增强促进了弱势粒中淀粉的合成与积累,提高灌浆速率和增加粒重;而在重干-湿交替灌溉处理下,弱势粒中上述淀粉合成相关酶活性和基因表达的下降使其灌浆速率和粒重显著降低。     

水稻不同粒位籽粒淀粉与蛋白质累积动态差异

 以中熟籼稻（扬稻6号）和中熟粳稻（扬粳9538）为材料,研究了穗上不同粒位籽粒灌浆过程中粒重、淀粉、可溶性糖和粗蛋白质含量等动态变化,以期通过分析灌浆物质累积动态差异探讨不同粒位间籽粒品质差异形成的生理原因。穗上不同粒位籽粒灌浆物质累积动态存在显著差异,同一穗上早开花籽粒起步灌浆早,初期灌浆速率快;灌浆前、中期籽粒中淀粉和直链淀粉累积速率、累积量与籽粒开花顺序较为一致,即早开花籽粒大于迟开花籽粒,而不同粒位籽粒间的可溶性糖含量变化则与之相反。灌浆在粒位间的差异扬粳9538大于扬稻6号。成熟期籽粒直链淀粉含量则与开花顺序无必然联系。粗蛋白质含量随灌浆进程呈倒“S”型趋势,即灌浆前期下降较快,至最低点后略有回升,前期下降速率迟开花籽粒大于早开花籽粒,但蛋白质含量在整个灌浆阶段则以迟开花籽粒大于早开花籽粒,二次枝梗大于一次枝梗籽粒,穗下部籽粒高于其他部位籽粒。灌浆前、中期同枝梗上较早开花籽粒含水量下降幅度大于迟开花的籽粒,一次枝梗上第1粒尤为明显。以上结果说明,可溶性碳水化合物的供给可能不是弱势粒发育不良的限制因子,弱势粒灌浆充实不良可能与其较低的生理活性有关。     

秸秆还田与实地氮肥管理对水稻产量及品质的影响

以扬粳9538为材料,通过秸秆还田与氮素管理与秸秆不还田(对照)比较试验,研究了水稻产量及品质的表现。结果表明:秸秆还田与实地氮肥管理(SSNM)可以在减少氮肥施用量,秸秆全量还田的同时,增加水稻的产量,降低单位面积穗数,提高每穗粒数、结实率。秸秆还田与实地氮肥管理降低稻米的垩白米率、垩白度和直链淀粉含量,改善稻米的外观品质和营养品质,淀粉谱的最高粘度和崩解值增加,消减值减低,稻米食味品质得到改善,该技术同时减少穗分化前干物质积累,增加抽穗期光合速率、根系活力与ATP酶活性,促进同化物向籽粒的运转,减少茎杆中非结构性碳水化合物的残留。对秸秆还田与不同氮素管理在产量、品质上的差异进行了讨论。