水稻生長(zhǎng)對(duì)根際氧營(yíng)養(yǎng)的響應(yīng)特征及其生理機(jī)制研究.pdf

1、水稻是世界上最重要的農(nóng)作物，世界上一半以上的人口以水稻為主食。氧參與了稻田生態(tài)系統(tǒng)活動(dòng)的重要過(guò)程，是水稻生長(zhǎng)發(fā)育和生理代謝過(guò)程中主要的營(yíng)養(yǎng)因子。水稻不但能利用通氣組織和根從地上部及根際環(huán)境中吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)氧以滿足自身生長(zhǎng)的需要，還能通過(guò)根系泌氧改善根際環(huán)境。稻田氧營(yíng)養(yǎng)直接影響水稻的生長(zhǎng)和產(chǎn)量的形成，具有顯著的生態(tài)效應(yīng)。
　　 地表積水是導(dǎo)致水稻地下部（根系）缺氧脅迫的主要原因。水稻生長(zhǎng)早期（分蘗期）需要田間淹水以防除雜草，這將導(dǎo)致其

2、根際缺氧;遭受澇害時(shí)，水稻根系也會(huì)處于缺氧環(huán)境。此時(shí)，水稻根系必需在形態(tài)（如增加孔隙度）和代謝（如減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收面積）上進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)，而這種調(diào)節(jié)又會(huì)影響其生長(zhǎng)以及根際狀況。控制灌水（增加土壤和空氣的接觸時(shí)間）是目前常見(jiàn)的一種水稻根際增氧途徑，而利用化學(xué)物質(zhì)增氧還處于試驗(yàn)階段。
　　 基于國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，本研究擬以水稻根系形態(tài)、氮素營(yíng)養(yǎng)和產(chǎn)量性狀對(duì)根際氧營(yíng)養(yǎng)的響應(yīng)為突破口，兼顧水稻品種間的差異，旨在研明不同根際氧營(yíng)養(yǎng)水稻的生

3、物學(xué)響應(yīng)及其生理機(jī)制;探尋水稻根際氧營(yíng)養(yǎng)調(diào)控的可行途徑;為水稻抗逆高產(chǎn)栽培提供基于氧營(yíng)養(yǎng)調(diào)控的理論依據(jù)和技術(shù)儲(chǔ)備。
　　 依據(jù)水稻根系對(duì)根際氧營(yíng)養(yǎng)的敏感程度，本課題組于2005-2006對(duì)農(nóng)藝性狀差異較大的近20份水稻品種進(jìn)行了篩選，確定“國(guó)稻1號(hào)”和“秀水09”分別作為秈型和粳型代表品種。2006-2007，選擇過(guò)氧化尿素和過(guò)氧化鈣作為化學(xué)物質(zhì)增氧材料，通過(guò)系列試驗(yàn)，驗(yàn)證其增氧效果并確定適宜用量。2007年通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)，確定

4、水稻的需氧性和根際氧營(yíng)養(yǎng)敏感時(shí)期。為驗(yàn)證不同增氧模式對(duì)水稻根際缺氧的調(diào)控效果，分別于2007年和2008年，設(shè)計(jì)了過(guò)氧化尿素(T1)、過(guò)氧化鈣(T2)以及干濕交替灌溉(T3)等3種根際增氧模式的田間試驗(yàn)并以長(zhǎng)期淹水田塊為對(duì)照(CK)，監(jiān)測(cè)水稻地上、地下部的形態(tài)、生理特征與根際環(huán)境效應(yīng)以及氮素利用效率和產(chǎn)量效應(yīng)。獲得主要結(jié)論如下:
　　 1.過(guò)氧化尿素和過(guò)氧化鈣都能與水反應(yīng)，釋放出氧氣、提高水體的溶氧量。一次施用含20kg hm-

5、2活性氧的兩種化學(xué)物質(zhì)，在不種植作物時(shí)能夠使水層保持至少17d的增氧狀態(tài)，且pH值升高幅度不大。水稻種植試驗(yàn)表明，分別在分蘗期和孕穗期追加120kghm-2的過(guò)氧化尿素或施用364 kghm-2的過(guò)氧化鈣，即共施入含40 kghm-2活性氧的兩種化學(xué)物質(zhì)時(shí)，水稻產(chǎn)量分別提高32.3％和27.5％，較其余施用量增產(chǎn)效果好。
　　 2.水稻不同時(shí)期根際增氧均能提高植株的生物量，但分蘗期和孕穗期最明顯。分蘗期增氧，國(guó)稻1號(hào)和秀水09生

6、物量分別提高12.3％和44.8％，增加幅度較其他時(shí)期大。孕穗期持續(xù)低氧處理或增氧處理，水稻生物量和產(chǎn)量增加或降低的幅度均較其他階段大。該階段持續(xù)低氧處理，國(guó)稻1號(hào)和秀水09生物量分別降低14.2％和13.2％，產(chǎn)量分別降低28.4％和12.3％。
　　 3.根際增氧顯著促進(jìn)水稻根系形態(tài)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和功能的提高，主要表現(xiàn)為:根系長(zhǎng)度增加、根體積變大、根吸收面積增加和根系活力增強(qiáng);增氧模式下，灌漿期水稻根系仍能保持18％以上的孔隙度

7、，有利于根系獲得較多的氧;齊穗后SOD和POD仍保持相對(duì)較強(qiáng)的活性，MDA（丙二醛）積累較少。
　　 4.田間試驗(yàn)表明:與CK相比，國(guó)稻1號(hào)和秀水09的T1、T2和T3處理增產(chǎn)幅度2007年分別為:3.1％/11.5％、10.2％/14.9％和18.9％/16.4％;2008年分別為:11.56％/6.57％、8.48％/9.20％和13.56％/9.39％。在田間長(zhǎng)期淹水條件下兩種化學(xué)物質(zhì)增氧處理的水稻產(chǎn)量接近田間干濕交替灌溉

8、處理的水平。水稻在形態(tài)、生理及干物質(zhì)積累等方面對(duì)氧營(yíng)養(yǎng)增加的響應(yīng)總體表現(xiàn)為:(1)前期分蘗數(shù)增加較快，有效穗增多;(2)齊穗后葉片葉綠素含量下降較慢，劍葉SOD（超氧化物歧化酶）和POD（過(guò)氧化物酶）活性較高，MDA含量較低;(3)齊穗后葉片光合作用對(duì)穗部干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)大，結(jié)實(shí)率提高。
　　 5.增氧模式下，水稻齊穗期葉和莖鞘中氮積累較多，增氧有利于穗部灌漿期氮的轉(zhuǎn)運(yùn)。齊穗后，國(guó)稻1號(hào)增氧模式的氮積累均顯著高于CK，秀水09 T

9、1和T3氮積累也較CK多。收獲期，兩水稻品種的氮積累量均表現(xiàn)為T3＞T1＞T2＞CK。增氧促進(jìn)了水稻對(duì)硝態(tài)氮的吸收，且硝態(tài)氮含量品種間差異顯著，其中粳稻硝態(tài)氮含量較低。葉片NRA受增氧模式的影響顯著，硝酸還原酶的活性與葉片硝態(tài)氮的含量呈極顯著（國(guó)稻1號(hào)）或顯著（秀水09）相關(guān)。增氧模式下，水稻齊穗后仍能保持較大氮吸收能力，其機(jī)制與硝酸還原酶活性提高、氮同化加速有關(guān)。水稻的氮素偏生產(chǎn)力(PFPN)在兩種化學(xué)物質(zhì)增氧下，均有所提高，但受水稻