水稻穗叶体温和颖花育性及其影响因子研究

摘要

本研究在大田和人工气候室条件下，通过对不同基因型品种穗叶体温、颖花结实及群体生理生态的测定，系统研究了气温与水稻体温的关系，以及大气湿度、品种株型、水稻器官生理年龄等对水稻体温与气温之关系的影响；此外，本研究探讨了不同基因型穗叶体温和颖花育性的差异机理，以及通过栽培措施调节群体结构，降低植株穗叶和冠层温度，提高水稻抗热害能力，揭示水稻在高温环境下正常结实的成因。主要研究结果如下：
　　 (1)水稻穗叶体温受大气温度、湿度、品种株型和器官生理年龄的影响。在大气湿度相同的条件下，水稻穗叶的体温随气温升高而提高，但提高的幅度逐渐变小；在气温相似的条件下，大气湿度提高，穗叶体温升高，大气温度与穗叶体温的差距缩小。不同基因型品种的穗叶体温及冠温也存在一定的差异，在大气温、湿度相同的条件下，水稻的穗叶体温直立穗型品种＜弯曲穗型、“穗盖顶”型＜“叶盖顶”型。器官生理年龄对穗叶体温也有一定的影响，表现为器官生理年龄越轻，体温越低。
　　 (2)水稻的颖花育性、结实率和千粒重与抽穗开花期和灌浆结实期的大气温、湿度有密切的关系。在高温、低湿环境下水稻的颖花育性、结实率和千粒重明显高于高温、高湿环境，较低的大气湿度可以部分缓解高温胁迫对水稻颖花育性和结实率的不利影响。研究表明：在高温环境中凡植株穗叶体温较低的基因型和栽培处理，其颖花育性、结实率和千粒重也较高；在环境温度为28～35℃条件下，穗温与颖花育性和结实率均呈显著负相关关系；不同基因型穗叶体温与剑叶光合特性和叶绿素含量、质膜透性和丙二醛含量、可溶性糖和脯氨酸含量、ABA与GA含量及热激蛋白表达有密切关系。因此，可以将植株穗叶体温纳入高温胁迫评价体系，作为选择抗高温育种材料的重要指标之一。
　　 (3)氮素穗肥对水稻穗叶体温和群体冠层温度具有明显的调节作用.在穗肥0～202.5kg.hm-2（粳稻）或0～168.75kg.hm-2（籼稻）范围内，随氮素穗肥水平的提高，水稻抽穗期的穗数、LAI、株高、单位株高LAI和比叶重等明显增加，群体内部温度、湿度、光照强度和CO2浓度等微气象因子产生了显著变化，致使水稻穗叶体温和群体冠层温度有明显的不同。研究表明：中肥处理（粳稻135.0kg.hm-2，籼稻112.5kg.hm-2）的群体LAI适宜、群体内部微气象较好，叶片净光合速率和蒸腾速率较高，穗叶体温和冠温较低，籽粒结实率较高。
　　 (4)行株距配置对水稻穗叶体温具有明显的影响。在密度相同条件下，行株距配置不同，水稻群体穗数、LAI、比叶重等差异显著，群体内部CO2浓度、光照强度、温度和湿度等微气象因子及其穗叶体温差异明显，结实率和产量显著不同。研究表明：中等行株距(30cm×13.3cm)配置能容纳更多的穗数和LAI，增加群体内部CO2浓度和光照强度，降低群体内部的湿度和穗叶体温，缩短节间长度，增大节间粗度、茎壁厚度及维管束数目，提高植株抗折力和抵抗外部高温胁迫的能力。
　　 (5)水分胁迫对水稻穗叶体温和群体冠层温度也具有明显的影响。在重度水分胁迫下，叶片蒸腾速率降低，穗叶体温和冠温明显升高，剑叶丙二醛含量提高，结实率和千粒重下降，籽粒产量显著降低。但在适度水分胁迫下，叶片蒸腾速率、叶绿素含量、净光合速率和气孔导度、剑叶可溶性糖和游离脯氨酸含量、CAT和POD活性等均未受到明显的影响，穗叶体温和冠温未明显升高，群体内部温度、湿度、光照强度和CO2浓度等微气象因子在一个良好的水平上，结实率和千粒重不仅未下降反而有所增加，产量显著提高。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1 本领域的研究进展情况

1.1 水稻群体结构特征和冠层微气象

1.2 大气温、湿度与植株器官体温和冠温

1.3 高温与水稻生理生化特性

1.4 高温对水稻生长的影响及耐热性研究

1.5 栽培措施对群体结构及冠层微环境的影响

2 本课题的目的意义和研究方案

2.1 目的与意义

2.2 主要研究内容

2.3 技术路线

参考文献

第二章 水稻穗叶体温对温、湿度的响应及其基因型的差异

1 材料与方法

1.1 大田试验

1.2 人工气候室试验

1.3 测定项目

1.4 数据分析

2 结果与分析

2.1 同日不同时刻穗叶体温与气温的差异

2.2 穗叶体温对大气温、湿度的响应

2.3 穗型、穗位对穗叶体温的影响

2.4 器官生理年龄对穗叶体温的影响

3 讨论

4 结论

参考文献

第三章 温、湿度对水稻颖花结实及其剑叶生理活性的影响

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定内容

1.3 数据分析

2 结果与分析

2.1 温、湿度对颖花育性、结实率和千粒重的影响

2.2 温、湿度对花粉育性的影响

2.3 温、湿度对剑叶生理活性的影响

2.4 高温对剑叶热激蛋白表达的影响

3 讨论

4 结论

参考文献

第四章 氮素穗肥对水稻群体内部微气象和冠层温度的影响

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定内容与方法

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 穗肥对产量的影响

2.2 穗肥对齐穗期植株形态和叶片光合特性的影响

2.3 穗肥对群体微气象因子的影响

2.4 氮素穗肥对植株体温和冠温的影响

3 讨论

4 结论

参考文献

第五章 行株距配置对茎秆形态结构和水稻冠层微气象的影响

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 试验设计

1.3 测定项目与方法

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 行株距配置对产量的影响

2.2 行株距配置对茎秆解剖结构和抗折力的影响

2.3 行株距配置对茎秆基部节间C、N代谢的影响

2.4 行株距配置对单位长度节间干物质含量的影响

2.5 行株距配置对LAI和剑叶光合速率的影响

2.6 行株距配置对群体微气象因子的影响

2.7 行株距配置对植株穗叶体温的影响

3 讨论

4 结论

参考文献:

第六章 水分胁迫对水稻剑叶生理和冠层微气象的影响

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 试验设计

1.3 测定内容

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对产量的影响

2.2 水分胁迫对剑叶生理特性的影响

2.3 水分胁迫对群体微气象的影响

2.4 水分胁迫对植株穗叶体温的影响

2.5 水分胁迫对冠层温度的影响

3 讨论

4 结论

参考文献

第七章 全文结论和创新点

1 讨论

2 主要结论

3 主要创新点

致谢

附：博士在读期间撰写的论文