再生稻高产稳产形成的生理生态特性及比较蛋白组学分析

摘要

再生稻是利用水稻的再生特性，采用一定的栽培管理措施，在头季稻收割后利用稻桩上的休眠芽萌发生长成穗而收割的一季水稻，具有生育期短、日产量高、省种、省工、节水、调节劳力、生产成本低和经济效益高等优点，近几年来种植面积逐年扩大，单产逐年提高，成为南方稻区水稻种植的一种重要的轻简化耕作制度，在保障我国粮食安全中发挥着越来越重要的作用。但目前在不同地区再生稻产量水平差异悬殊，就是在光温分布不存在差异的同一地区不同田块间其产量水平也相差较大，可见，再生稻产量高低与栽培技术体系密切相关，因此，进一步阐明再生稻高产稳产的栽培调控机制，从而实现再生稻的高产稳产就成为当前发展和推广再生稻亟待研究解决的问题。本研究从生理水平探讨不同栽培模式下再生稻高产形成的生理机制及头季不同氮肥运筹方式对再生稻增产的影响机制；在此基础上应用差异蛋白质组学、生物信息学方法，研究不同促芽肥水平调控再生芽萌发的机理以及不同促芽肥水平调控头季稻籽粒灌浆的分子生理与级联因果，探讨不同栽培和农艺调控技术对再生稻产量的影响，主要结果如下： 1、不同栽培模式旱稻-再生稻高产形成的生理生态特性 通过对超高产栽培模式和常规栽培模式秧苗、头季、再生季稻株生理生态特性的研究，结果表明：与常规栽培模式相比，超高产栽培模式的旱育秧苗具有矮壮、抗逆、吸收和同化力强四大优势，形成的带蘖壮秧有利于旱稻的早播抗寒抗旱抗衰老和秧苗移栽后的返青发根；移栽后，在整个旱稻-再生稻生育期内超高产栽培模式稻株的细胞膜过氧化程度低，抗逆性强，生育后期叶片不早衰，碳、氮代谢和物能转化与运转旺盛，具有更强的干物质、能量积累能力和更高的能量运转效率，群体能流更顺畅，保持着明显的生理生化优势，从而其头季稻株表现出分蘖早、分蘖节位低、有效分蘖期短、有效穗多、穗粒重的特性，再生季腋芽表现出萌发早、萌发快、前期萌发量大、茎蘖数高峰出现早、有效腋芽萌发期短、腋芽起始数量高、总茎蘖数和有效穗多的特性，为超高产栽培模式最终实现头季和再生季高产奠定了重要的生理生态基础；但超高产栽培模式头季、再生季稻株的N素生产效率较低。 2、头季不同氮肥运筹对旱稻-再生稻产量和氮素利用率影响的生理生态机制 在头季施氮总量固定(225.00 kg·hm-2)的基础上，通过分析超高产栽培模式下头季基蘖肥与穗肥不同配比对再生稻光合生产、干物质积累运转及氮素利用率的影响，结果表明：适当减少再生稻头季基蘖肥施N比例，增加穗肥施N比例，显著提高了再生稻头季生长中、后期的叶片硝酸还原酶活性、叶绿素含量、净光合速率，也提高了能反映根系综合机能的伤流量，特别是在再生稻头季孕穗期，这为硝态N还原为铵态N，进一步合成为氨基酸提供了酶促条件，并确保了水分、养分的吸收和氨基酸及根源激素的合成，保证了分蘖盛期～孕穗期和头季穗发育期间的营养供应，减少了头季无效分蘖，优化了群体结构，提高了头季中、后期的净同化率和群体生长率，从而提高了头季中、后期的干物质积累，显著增加了每㎡颖花数、每穗粒数及库容量，加上显著增加的库藏物质生产量，从而穗大粒多，提高了氮肥利用率，为高产、增产、高效生产奠定了基础，但对再生季产量和氮肥利用率的影响不显著。 3、不同促芽肥水平对头季稻强弱势粒灌浆影响的比较蛋白组学分析 采用比较蛋白质组学的方法和技术，并结合生物信息学技术及相关生理指标，研究不同促芽肥水平影响头季稻强弱势粒灌浆后期叶片蛋白质组差异表达的特性及相应的生理特性，结果表明，头季稻功能叶片中与光合作用和抗性抗衰老相关的蛋白在再生季施用促芽肥后发生了显著的变化，施用促芽肥能明显减缓头季稻后期剑叶中与光合作用相关蛋白的下调幅度，且能在施肥后不同时期明显提高头季稻后期剑叶中与抗性相关蛋白的表达量，从而提高了头季灌浆后期稻株的抗逆性，降低了功能叶片细胞膜的过氧化程度，延缓了灌浆后期剑叶的衰老速率，相对提高了头季稻灌浆后期水稻叶片的叶绿素含量和光合速率，延长了头季稻剑叶的功能期，增加了头季稻灌浆后期的源供应能力和干物质积累，提高了头季稻灌浆后期弱势粒的最大灌浆速率和平均灌浆速率，从而提高了头季稻弱势粒的灌浆强度，增加了弱势粒不同灌浆时期籽粒粒重的积累，从而显著提高了头季稻的结实率和产量。 4、不同促芽肥水平调控再生芽萌发生长的比较蛋白组学研究 采用比较蛋白质组学的方法和技术，并结合生物信息学技术及相关生理指标，研究不同促芽肥水平影响再生芽蛋白质组差异表达的特性及相应的生理特性，结果表明，再生芽中与能量代谢相关蛋白、生长相关蛋白和抗性相关蛋白在再生季施用促芽肥后不同时期及不同促芽肥处理不同时期发生了显著的变化，施用促芽肥能有效的降低再生芽中能量代谢相关蛋白核苷二磷酸激酶蛋白表达量的下调幅度，提高光系统Ⅱ放氧复合体和细胞色素b6/f复合体蛋白表达量上调幅度，从而使再生芽具有相对较强的能量合成能力和较强光合自养能力，更有利形成大量的光合能量用于碳同化，更好的满足再生芽分化生长对能量和物质的需求；还能相对降低再生芽中生长相关蛋白肌动蛋白解聚因子、脱落酸诱导蛋白和再生芽分化生长前期类萌发素蛋白的表达量，相对提高翻译控制肿瘤蛋白、再生芽萌发生长后期类萌发素蛋白的表达量，从而抑制了再生芽分化生长前期细胞壁的形成和加固，提高了再生芽内肌动蛋白含量，促进了再生芽分化过程的细胞分裂和伸长；此外，施用促芽肥还能提高再生芽中抗性相关蛋白的表达量，增强再生芽抵御外界生物和非生物胁迫的能力，提高对各种不良环境的适应性，因而其倒二茎至倒五茎各节位再生芽的活芽率和芽长显著高于未施用促芽肥的处理，从而显著提高了再生季的单位面积有效穗数、结实率和产量，实现了再生季的高产增产。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1再生稻及蛋白组学的研究进展

1.1.1再生稻研究进展

1.1.2与本研究技术相关的蛋白质组学研究进展

1.2再生稻高产研究存在的问题与进一步研究的意义

1.2.1再生稻高产研究存在的问题

1.2.2本研究的内容与目的意义

第二章不同栽培模式早稻-再生稻高产形成的生理生态特性研究

2.1材料与方法

2.1.1试验材料与试验设计

2.1.2测定项目与方法

2.2结果与分析

2.2.1不同栽培模式下早稻-再生稻的产量表现及构成

2.2.2不同育秧方式秧苗素质及生理生化特性

2.2.3不同栽培模式下早稻-再生稻细胞保护酶活性比较

2.2.4不同栽培模式早稻-再生稻的根系性状、叶绿素含量和叶面积指数的变化

2.2.5不同栽培模式早稻-再生稻硝酸还原酶活性、硝态氮含量及ATP酶活性变化

2.2.6不同栽培模式早稻-再生稻分蘖动态及节位产量构成

2.2.7不同栽培模式下早稻-再生稻群体干物质积累

2.2.8不同栽培模式下早稻-再生稻叶、茎、鞘、籽粒及稻株的热值

2.2.9不同栽培模式下早稻-再生稻群体的能量积累与分配

2.2.10不同栽培模式下早稻-再生稻灌浆过程的能流特征

2.2.11不同栽培模式早稻-再生稻的养分需求量与生产效率

2.3小结

第三章头季氮肥运筹对再生稻产量和氮素利用率影响的生理生态机制研究

3.1材料与方法

3.1.1试验材料与试验设计

3.1.2测定项目与方法

3.2结果与分析

3.2.1头季不同氮肥运筹方式对再生稻干物质积累的影响

3.2.2头季不同氮肥运筹方式对早稻-再生稻产量及其构成因素的影响

3.2.3头季不同氮肥运筹方式对早稻-再生稻稻株氮素吸收积累动态的影响

3.2.4头季不同氮肥运筹方式对早稻-再生稻氮素利用率的影响

3.2.5头季不同氮肥运筹方式对早稻-再生稻头季分蘖及成穗率的影响

3.2.6头季不同氮肥运筹方式对稻株生理生化的影响

3.3 小结

第四章不同促芽肥水平对头季稻强弱势粒灌浆影响的比较蛋白组学分析

4.1材料与方法

4.1.1试验材料与试验设计

4.1.2取样

4.1.3实验试剂

4.1.4试验方法

4.2结果与分析

4.2.1再生季不同促芽肥水平对头季稻产量及其构成冈素的影响

4.2.2再生季不同促芽肥水平对头季稻叶片细胞保护酶和MDA含量的影响

4.2.3再生季不同促芽肥水平对头季稻光合机能的影响

4.2.4再生季不同促芽肥水平对头季稻强弱势粒灌浆的影响

4.2.5再生季不同促芽肥水平下头季稻灌浆后期叶片的比较蛋白组学分析

4.3 小结

第五章不同促芽肥水平调控再生芽萌发生长的比较蛋白组学研究

5.1材料与方法

5.1.1试验材料与试验设计

5.1.2取样

5.1.3实验试剂

5.1.4试验方法

5.2结果与分析

5.2.1再生季不同促芽肥水平对再生季稻产量及其构成因素的影响

5.2.2再生季不同促芽肥水平对不同节位再生芽芽长和活芽率的影响

5.2.3再生季不同促芽肥水平对头季稻不同节位茎干物质积累的影响

5.2.4再生季不同促芽肥水平对再生芽萌发生长影响的比较蛋白组学分析

5.3 小结

第六章讨论与展望

6.1结论与讨论

6.1.1超高产栽培模式再生稻高产稳产形成的生理生态机制及栽培体系优化

6.1.2不同促芽肥水平调控头季稻籽粒灌浆的比较蛋白组学分析

6.1.3不同促芽肥水平调控再生芽萌发生长的比较蛋白组学研究

6.2问题与展望

参考文献

在读期间发表的论文

致谢