高溫與干旱對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其生理機制.pdf

1、溫度和水分是影響水稻生長和發(fā)育最重要的生態(tài)因子。隨著全球溫室效應(yīng)的增加，高溫和干旱已成為危害水稻生產(chǎn)的主要逆境。研究水稻高溫與干旱危害的機理與對策對穩(wěn)定和促進糧食生產(chǎn)有重要意義。本研究分析了高溫、干旱及高溫干旱雙重脅迫對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其生理機制，探討了減輕水稻高溫危害的栽培技術(shù)。主要結(jié)果如下:
　　1.抽穗灌漿期高溫對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其生理原因
　　以常規(guī)中熟秈稻品種雙桂1號（熱敏感品種）和黃華占（耐熱品種）為

2、材料，分別于抽穗灌漿早期(始穗后0～10 d)和灌漿中期（始穗后11～20 d）進行高溫(白天平均溫度＞33℃)處理，以同期自然溫度（白天溫度＜30℃）為對照，研究高溫對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，與對照相比，高溫處理顯著降低兩品種的結(jié)實率和粒重，導(dǎo)致產(chǎn)量下降;降低了精米率、整精米率、膠稠度及崩解值，增大堊白米率、堊白度和消減值，熱敏感品種產(chǎn)量和品質(zhì)降低的幅度大于耐熱品種，且抽穗灌漿早期高溫處理影響大于灌漿中期處理。高溫脅迫顯著增加

3、了灌漿早期籽粒中淀粉合酶(StS)含量、乙烯釋放速率和脫落酸(ABA)含量，明顯降低了淀粉分支酶(SBE)、玉米素(Z)+玉米素核苷(ZR)和吲哚乙酸(IAA)含量，耐熱品種增降的幅度小于熱敏感品種。在高溫脅迫下，StS和SBE活性、內(nèi)源Z+ZR、IAA及ABA含量較高，乙烯釋放速率較小是耐熱型品種在高溫脅迫下保持較高產(chǎn)量和較好品質(zhì)的重要生理原因。
　　2.土壤水分對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其生理機制
　　(1)減數(shù)分裂期土壤

4、干旱對穎花結(jié)實的影響以旱A(chǔ)-3（HA-3，抗旱性品種）和武運粳7號（WY-7，干旱敏感品種）為材料，在減數(shù)分裂期（抽穗前15～2 d）進行充分灌溉(WW)和土壤水分脅迫(WS)處理。結(jié)果表明，WS處理顯著降低葉片水勢，但穗水勢無顯著差異。WS處理的穎花不孕率，WY-7較WW增加58.5％～50.9％，HA-3僅較WW增加12.6％～12.8％。穎花中的玉米素+玉米素核苷(Z+ZR)、吲哚乙酸(IAA)和赤霉素(GA1+GA4)濃度在WW

5、與WS處理間以及在兩品種間無顯著差異。WS顯著增加穎花中脫落酸(ABA)、乙烯和1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸(ACC)濃度。WY-7乙烯的增加大于ABA的增加，而HA-3乙烯的增加等于ABA增加。在減數(shù)分裂早期對WS稻穗施用氨基-乙氧基乙烯基甘氨酸（AVG，乙烯合成抑制劑）和ABA，穎花的不孕率顯著降低;施用乙烯利（乙烯釋放促進物質(zhì)）和氟草酮（ABA合成抑制物質(zhì)），結(jié)果則相反。上述結(jié)果說明，在減數(shù)分裂期遭受水分脅迫，內(nèi)源ABA和乙烯的相互拮

6、抗作用調(diào)控穎花的育性，較高ABA與乙烯的比值是水稻適應(yīng)水分逆境的一個生理特征。
　　(2)水稻抽穗灌漿期土壤水分對產(chǎn)量和品質(zhì)的影響以揚稻6號（秈稻）和武運粳7號（粳稻）為材料，研究了結(jié)實期土壤水分對產(chǎn)量、米質(zhì)和籽粒中淀粉合成關(guān)鍵酶活性的影響及它們之間的關(guān)系。結(jié)果表明，與WW(保持水層，well-watered)相比，土壤輕度落干(MD，moderate soil-drying，土壤水勢保持在-10～-30 kPa)顯著提高了千粒重

7、、稻米的最高黏度和崩解值，顯著降低了堊白度和消減值;土壤重度落干(SD，severe soil-drying，土壤水勢保持在-40～-60 kPa)則使稻米品質(zhì)變劣。MD處理顯著增加了灌漿中后期籽粒中蔗糖合酶(SuS)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGP)和淀粉合酶(StS)活性，SD處理則降低了上述各酶的活性。說明結(jié)實期土壤輕度落干通過增強籽粒SuS、AGP和StS活性，促進籽粒充實和提高稻米品質(zhì)。
　　3.高溫與干旱脅迫對水稻

8、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其生理基礎(chǔ)
　　以黃華占（秈稻，耐熱型）、雙桂1號（秈稻，熱敏感型）、滬旱15（秈稻，節(jié)水抗旱型）、揚稻6號（秈稻）、兩優(yōu)培九（兩系雜交秈稻）、揚輻粳8號（粳稻）和揚粳4038（粳稻）為材料種植于盆缽，分別于減數(shù)分裂期（抽穗前15～2 d）和抽穗和灌漿早期（始穗后0～10d）設(shè)置高溫（日最高溫度為37.5℃）、干旱(土壤水勢保持在-30±10 kPa)、高溫+干旱3種處理，以同期自然溫度且正常供水為對照。結(jié)果表明

9、，與對照相比，減數(shù)分裂期高溫、干旱和高溫+干旱3種處理均顯著降低了各品種的花粉可育率、受精率、開裂率、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和產(chǎn)量;抽穗灌漿期高溫、干旱和高溫+干旱3種處理均顯著降低了各品種的花粉可育率、受精率、結(jié)實率和產(chǎn)量;減數(shù)分裂期和抽穗灌漿期高溫或干旱處理均降低了精米率、整精米率、膠稠度、崩解值和支鏈淀粉短鏈部分，增加了堊白米率、堊白度、消減值和支鏈淀粉中長鏈部分。無論是在減數(shù)分裂期還是在抽穗灌漿期，耐熱品種和節(jié)水抗旱品種產(chǎn)量和品質(zhì)下降

10、的幅度均小于其他品種。在高溫或干旱脅迫下，耐熱品種和節(jié)水抗旱品種具有較高的葉片光合速率、抗氧化保護酶活性，根系氧化力、籽粒蔗糖-淀粉代謝途徑關(guān)鍵酶活性及其基因表達量，使其保持了較高產(chǎn)量和較好品質(zhì)。
　　4.灌溉方式對減輕水稻高溫危害的作用
　　以常規(guī)中熟秈稻品種雙桂1號（熱敏感品種）和黃華占（耐熱品種）為材料，在抽穗灌漿期進行高溫（白天/夜間平均溫度為35.1℃/20.8℃）和正常溫度（白天/夜間平均溫度為29.0℃/20.

11、8℃）處理并設(shè)置輕干濕交替灌溉（土壤落干至土水勢為-15 kPa時復(fù)水）、重干濕交替灌溉（土壤落干至土水勢為-30 kPa時復(fù)水）和水層灌溉（對照）3種灌溉方式，觀測產(chǎn)量和品質(zhì)形成的特點。結(jié)果表明，在相同溫度尤其是在高溫脅迫下，與水層灌溉相比,輕干濕交替灌溉顯著增加結(jié)實率、千粒重和產(chǎn)量，增加出糙率、精米率和整精米率，降低堊白米率和堊白度，增大崩解值，減小消減值，重干濕交替灌溉的結(jié)果則相反。兩品種結(jié)果趨勢基本一致。說明抽穗結(jié)實期遭受高溫脅

12、迫，采用輕干濕交替灌溉方式可以獲得較高的產(chǎn)量和較好的稻米品質(zhì)。輕干濕交替灌溉方式減輕水稻高溫危害的重要生理機制是該灌溉方式可以降低冠層相對濕度、減小葉片活性氧生成速率、增加抗氧化物質(zhì)抗壞血酸和還原型谷胱甘肽含量、提高內(nèi)源細胞分裂素及亞精胺和精胺濃度。
　　5.氮肥對減輕水稻高溫危害的作用
　　以中秈品種滬旱15和中粳品種揚粳4038為材料，于穗分化期進行低氮（每盆0.5 g尿素）、中氮（每盆1.0g尿素）和高氮（每盆2.0g

13、尿素）3種施氮量處理，在抽穗灌漿期進行高溫（白天/夜間平均溫度為35.1℃/20.8℃）和正常溫度(白天/夜間平均溫度為29.0℃/20.8℃)處理，觀測產(chǎn)量和品質(zhì)形成的特點。結(jié)果表明，在相同溫度尤其是在高溫脅迫下，與低氮相比，中氮和高氮顯著增加每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重和產(chǎn)量，增加整精米率、崩解值和支鏈淀粉短B鏈，降低堊白米率，消減值和支鏈淀粉中長鏈，其中以中氮效果最明顯。兩品種結(jié)果趨勢基本一致。說明抽穗結(jié)實期遭受高溫脅迫，在穗分化期適