播期和昼夜高温对水稻产量和稻米品质的影响及其生理机制

论文摘要

随着全球气候变暖,温室效应日益严重。气温升高对农业生产造成了极大的冲击,并且夜温的升高速度要比白天快。温度升高使作物在整个生长过程中遭遇高温胁迫的概率增加,而水稻在生长的任何时期遭遇高于其生长临界高温的温度时,都会对其生长发育不利。长江中下游作为我国粮食的主产区,以种植早、晚双季稻和一季中稻为主,在水稻的生长关键期遭遇极端的高温可能性越来越高,会造成粮食减产,甚至绝收。尤其对于中稻而言,其生育期较长,若是对高温敏感的品种,只需几天或者开花时期遭遇几个小时的高温就会带来严重的后果。因此,本研究的目的在于：(1)阐明播期对水稻产量和稻米品质的影响；(2)模拟全球气候变暖对热敏感和耐热性水稻品种产量的影响；(3)探明在幼穗分化期、抽穗扬花期以及灌浆期温度升高对水稻产量及构成因子的影响；(4)探讨不同时期的温度升高影响水稻产量和品质的生理机制。期望本试验研究结果为抗／耐高温水稻材料的选育及避害栽培技术建立提供理论依据。本试验采用大田和盆栽试验相结合进行相关研究,取得的主要研究结果如下：(1)本试验中,随着播期的提前,水稻大田生育期遭遇极端高温(>35℃)的天数增加,平均气温也升高。相关性分析结果表明,极端高温天数及均温与水稻产量和结实率呈显著或极显著负相关。另外,不同播期间各品种灌浆期的日均温度、最高平均温度、最低平均温度以及昼夜温差都发生了变化,将温度与稻米各品质指标进行相关性分析,结果表明,垩白粒率、垩白面积和垩白度与结实期日均温、日最高温度、日最低温度都呈极显著(P<0.01)的正相关,而与昼夜温差呈极显著负相关。(2)随着播期的提前,多数水稻品种的产量和结实率呈下降趋势,并且与籼稻品种相比,粳稻品种的结实率下降更明显。水稻的生物量和株高随播期推迟而下降,而粒重却有所增加,播期对籼稻株高的影响要大于粳稻。不同品种的产量及构成因子播期间的差异有所不同,这与品种的生育期及对各种生态因子的适应性有关。(3)幼穗分化期日温和夜温的升高显著降低了水稻产量。尤其是热敏感品种T219,在白天和夜间增温处理下,其产量较对照分别下降了55.0%和56.4%,结实率较对照分别降低了49.9%和54.3%,而SY63对白天高温表现出较强的耐性,其产量和结实率分别比对照降低了41.5%和36.0%。与夜间温度相比,白天温度升高对水稻生长发育的影响更大,T219和T226在白天增温处理下,每穗颖花数下降,而夜间处理与对照都没有差异。白天增温处理显著降低了T219、T226和LYPJ的光化学猝灭系数(qp),PSⅡ的实际光化学效率(ΦPSⅡ)、暗适应下PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)和光适应下PSⅡ的最大光化学效率(Fv’/Fm’)。四个品种中,只有SY63在两个温度处理下荧光参数都没有太大变化。(4)抽穗期增温处理下,各品种的产量和结实率较对照都显著下降。品种T219、T226、LYPJ、SY63在夜间增温处理下,产量较对照分别下降了67.1%、34.3%、58.3%、33.8%,结实率分别下降了63.1%、25.2%、53.8%、39.7%。产量和结实率降低最多的是T219,其次是LYPJ、T226,产量下降最少的是SY63。夜间增温处理还显著降低了T226和LYPJ的地上部生物量。在白天增温处理下,较对照处理,各品种产量分别下降了91.9%、92.1%、98.7%、75.4%,结实率分别下降了91.2%、92.7%、98.6%、74.8%。其中产量降低最多的是LYPJ,降低最少的是SY63。在抽穗期白天和夜间增温处理下,各品种的花粉育性都有所降低。T219较T226花粉育性下降更快、程度更高,在处理的第4天,其白天处理和夜间处理的花粉育性分别较对照降低了37.5%和30.6%。而SY63在两个处理下,都保持了很高的花粉育性。(5)抽穗期白天增温处理使各品种籽粒玉米素(Zt)和IAA含量降低,灌浆期的表现也相同。在灌浆期白天和夜间增温处理下,SY63的籽粒Zt含量较对照升高,并且激素水平在四个品种中是最高的。籽粒IAA含量的变化情况与Zt相似,在夜间处理下,T219和LYPJ籽粒IAA含量降低,而T226和SY63保持不变。(6)与前两个时期相比,灌浆期增温处理下,各品种的产量和结实率的下降幅度较小,而粒重下降明显。白天增温条件下,T219、T226以及SY63这三个品种的出糙率和精米率都极显著低于对照,而夜间处理对稻米的加工品质影响不大。白天增温处理使T219、T226和SY63的出糙率较对照分别下降了5.7%、3.7%以及5.7%,精米率较对照分别下降了6.8%、6.2%以及8.2%。T219和T226的整精米率在两个温度处理下都有所下降。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 缩略语表
• 研究背景
• 1 前言
• 2 高温对水稻生长的影响
• 2.1 高温对光合作用的影响
• 2.2 高温对水稻开花结实的影响
• 3 高温对稻米品质的影响
• 4 高温影响水稻产量和品质的生理机制
• 4.1 植物激素
• 4.2 高温对酶的影响
• 4.2.1 与光合有关的酶
• 4.2.2 与籽粒灌浆有关的酶
• 4.3 活性氧、抗氧化保护酶系统、膜脂过氧化和膜透性
• 4.4 渗透调节物质
• 4.5 HSP家族
• 5 存在问题以及本研究的目的和意义
• 5.1 存在问题
• 5.2 本研究的目的和意义
• 第一章 播期对水稻产量和品质的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验设计
• 1.3 测定指标与方法
• 1.3.1 温度的记录
• 1.3.2 测产与考种
• 1.3.3 稻米品质
• 1.4 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 播期与水稻产量及品质的相关性
• 2.1.1 播期处理与产量及其构成因子的相关性
• 2.1.2 播期处理与米质的相关性
• 2.2 不同播期下水稻的产量及构成因子
• 2.3 不同播期下各水稻品种的稻米品质
• 2.3.1 加工品质
• 2.3.2 外观品质
• 2.3.3 营养品质
• 3 讨论
• 3.1 播期对水稻产量及其构成因子的影响
• 3.2 播期对稻米品质的影响
• 第二章 昼夜高温对水稻产量和稻米品质的影响及其生理机制
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验设计
• 1.3 指标测定与方法
• 1.3.1 处理时期确定
• 1.3.2 荧光测定
• 1.3.3 花粉育性观察
• 1.3.4 籽粒内源激素
• 1.3.5 测产与考种
• 1.3.6 稻米品质
• 1.4 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 温度处理效果
• 2.2 增温处理下水稻的产量及其构成因子
• 2.2.1 幼穗分化期
• 2.2.2 抽穗期
• 2.2.3 灌浆期
• 2.3 增温处理下稻米品质的变化
• 2.3.1 加工品质
• 2.3.2 外观品质
• 2.3.3 营养品质
• 2.4 增温处理下水稻植株生理活性的变化
• 2.4.1 叶绿素荧光参数的变化
• 2.4.2 籽粒内源激素的变化
• 2.4.3 花粉育性的变化
• 3 讨论
• 3.1 昼夜高温对水稻产量及构成因子的影响
• 3.1.1 幼穗分化期
• 3.1.2 抽穗期
• 3.1.3 灌浆期
• 第三章 结语
• 1 本研究的创新点
• 1.1 试验设计和思路的创新
• 1.2 将生产中的问题和试验紧密结合
• 2 本研究存在的问题
• 2.1 品种的选择
• 2.2 增温处理装置
• 2.3 机理研究还有待深入
• 3 进一步研究思路
• 3.1 进一步研究自然温度升高对水稻生长和产量的影响
• 3.2 深入研究昼夜高温对水稻地上和地下部分生理过程的影响
• 参考文献
• 致谢