水稻生殖生长期不同时段高温对产量和稻米品质影响的研究

摘要

全球气候变暖引起高温天气日趋频繁，如何在高温的条件下继续提高水稻产量、改善稻米品质以满足不断增长的人口需求是我们面临的重大挑战。本研究于2008-2011年在大田和盆栽条件下筛选不同高温响应类型的水稻材料，探索水稻生殖生长期不同时段高温对产量与稻米品质的影响及其机理。2008年通过大田品比试验从104个水稻核心种质材料筛选出适应在本地区气候条件下种植的产量和稻米品质特性有代表性的水稻材料;2009年至2011年分别选用40、10和7个水稻材料进行了播期试验，通过不同播期间产量和稻米品质响应对材料进行分组，进一步分析对不同组材料的产量和稻米品质相关特性影响最大的高温时段;2011年在播期试验基础上选出两个典型的对高温响应不同的品种扬稻6号和成农水晶，在温室盆栽条件下齐穗期至成熟期在温室设置常温对照(CK)、夜间高温（HN）、白天高温（HD）和全天高温(H(D+N)处理，研究昼夜间高温对水稻产量和稻米品质的影响。另外还综合分析了不同高温响应类型材料源库结构特征以及高温条件下源库结构特性对水稻产量和稻米品质的影响。主要研究结果如下:
　　(1)本研究所选用的104个水稻核心种质材料的株型特性、产量和稻米品质等指标差异很大，且考察的稻米品质中大多数指标的材料数分布都符合正态分布，具有广泛的代表性。通过对播始历期、株高、倒伏等性状进行限定，选出适应本地区种植的材料，筛选出的39个材料同样具有较广泛的品种代表性。
　　(2)基于各材料不同播期中最大产量和产量变幅，通过二维象限法将材料分为四组。对高温响应较敏感的第一组材料的产量主要由结实率和单位面积颖花数决定。抽穗前一周和抽穗后一周均是高温影响产量的关键时期，抽穗前一周高温与单位面积颖花数有较强的负相关关系;抽穗后一周即开花期高温决定结实率，出现超过35℃高温的时间越长，结实率越低。白天高温对产量没有影响，夜间高温条件下产量有所下降，全天高温条件下产量显著下降。全天高温和夜间高温条件下主要都是通过引起结实率的下降而导致产量降低，此外，单位面积颖花数和千粒重的下降也导致了产量的降低。本研究从核心种质和推广材料中筛选出的可稳定达到高产的材料为高产育种研究提供了很好的基础。
　　(3)在稻米品质指标中，垩白度受播期的影响最大，且其它大部分稻米品质指标与垩白度变化都有显著相关性。不同播期间最小垩白度和垩白度变幅的阈值均定为15％，通过二维象限法将所有材料分为不同类型的四组。同组材料不同播期间垩白度随抽穗期变化趋势高度一致，抽穗后第二周的高温对敏感材料垩白度的形成起决定性作用。同一材料不同播期间长宽比均值越大垩白度最大值越小。高温增加垩白度，同时会使整精米率下降，进一步影响水稻的商品价值。小幅昼夜间高温条件下，白天高温对各稻米品质指标都没有显著影响;夜间高温条件下仅对敏感品种的外观品质有负面影响;对全天高温敏感品种的加工品质、外观品质和蒸煮营养品质影响的都会产生显著影响。然而同一品种的不同稻米品质指标对高温响应不尽相同。
　　(4)开花期高温主要通过降低弱势粒颖花的花粉育性使结实率下降，从而使库容变小。本文中小幅增温条件下的灌浆期高温还不会对叶片产生伤害，不会对源大小产生直接影响。扬稻6号和成农水晶这一对典型的高温响应类型不同的品种，从源库结构上有很多差异，扬稻6号是大穗型，成农水晶是多穗型，扬稻6号弱势粒颖花相对较多，但粒型差异不大。不同播期间花后干物质积累量、花前干物质转运量以及粒叶比的变幅与产量变幅表现出负相关关系，这可能是由于品种源库调节能力越强，最终产量表现就越稳定。弱势粒位结实率受高温下影响较大，粒叶比减小时结实率的高温抗性增加。成农水晶的垩白度对夜间高温响应敏感，且强势粒比弱势粒所受影响更大。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 前言

1 气候变化与高温

2 高温对水稻产量和稻米品质的影响

2．1 高温对水稻产量的影响

2．2 高温对稻米品质的影响

3 高温影响水稻产量和稻米品质形成的生理机制

3．1 高温对生育后期源库关系的影响

3．3 高温对籽粒微观结构的影响

3．4 高温对相关酶、激素和热激蛋白的影响

4 水稻产量和稻米品质的栽培调控

4．1 肥料管理

4．2 水分管理

3．2 高温对开花期生理的影响

4．3 其它栽培因子的影响

5 本研究的目的和意义

第二章 水稻核心种质材料特性和材料初筛

1 材料与方法

1．1 供试品种

1．2 试验设计

1．3 测定项目与方法

1．4 数据统计与分析

2 结果与分析

2．1 全生育期气温

2．2 核心种质材料的生育期特性

2．3 核心种质材料的产量特性

2．4 核心种质材料的稻米品质特性

2．5 材料初筛的依据和效果

3 讨论

3．1 水稻产量和稻米品质的范围

3．2 选用水稻核心种质材料的意义

第三章 生殖生长期不同时段高温对产量的影响

1 材料与方法

1．1 供试品种

1．2 试验设计

1．3 测定项目与方法

1．4 数据统计与分析

2 结果与分析

2．1 不同时段高温效果

2．2 材料产量高温响应分类

2．3 不同时段高温对产量及其构成因子的影响

2．4 昼夜间高温对产量及其构成因子的影响

3 讨论

3．1 不同处理方法的高温效果

3．2 不同时段高温对产量形成过程的影响

第四章 生殖生长期不同时段高温对稻米品质的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

2．1 材料垩白度高温响应分类

2．2 不同时段高温对稻米品质的影响

2．3 昼夜间高温对稻米品质的影响

3 讨论

3．1 材料分类方法的影响

3．2 水稻产量和稻米品质高温响应的差异

3．3 不同时段高温对稻米品质形成过程的影响

第五章 生殖生长期不同时段高温下源库结构特征对产量和稻米品质的影响

1 材料与方法

1．1 供试品种

1．2 试验设计

1．3 测定项目与方法

1．4 数据统计与分析

2 结果与分析

2．1 高温对源库结构器官的影响

2．2 不同类型品种源库结构的比较

2．3 源库结构特性对水稻产量和稻米品质高温响应的影响

3 讨论

3．1 不同源库结构对材料水稻产量和稻米品质形成过程的影响

3．2 水稻耐高温品种选育和耐高温栽培管理

结语

1 研究小结

1．1 高温影响产量和稻米品质最重要的生育时段

1．2 高温影响产量和稻米品质最重要的评价指标

1．3 材料高温响应敏感性差异的机制

1．4 材料温度敏感性评价的差异

2 本研究的创新点

2．1 试验方法的创新

2．2 分析方法的创新

2．3 找出高温影响最重要的时段

2．4 提出材料高温响应差异机制的假设

3 本研究存在的问题

4 研究展望

参考文献

致谢

附录