高CO2浓度和剪叶疏花对水稻产量和品质性状的影响

摘要

大气CO2浓度持续增高是全球气候变化因子中最为突出和确定的现象。作为光合作用的底物，高CO2浓度增加了水稻碳源的供应进而导致产量增加和品质改变，但这种影响是否与植株源库水平及互作有关？其可能原因是什么？这方面的研究非常缺乏。本研究利用稻田FACE(Free Air CO2 Enrichment)平台，模拟2050年大气CO2浓度(580μmol·mol-1)，设置两个剪叶疏花实验，研究开放条件下高CO2浓度、人为源库处理对水稻产量性状以及稻米加工、外观、营养和蒸煮/食味品质的影响及其种间差异。
　　试验一以超级杂交稻Y两优900和南粳9108为试验材料，齐穗期源库改变设对照(CK)、剪除剑叶(LC1)、剪除所有功能叶(LC3)、间隔剪去1/3的枝梗(1/3SR)以及间隔剪去1/2的枝梗(1/2SR)。主要结果如下:
　　1.与AMB相比，FACE处理使两品种籽粒产量平均增加8％*，其中CK、LC1、LC3、1/3SR和1/2SR处理水稻产量分别增加5％、15％**、21％**、1％、-0.3％。与CK相比，LC1、LC3、1/3SR和1/2SR处理使两水稻籽粒产量平均分别下降9％*、44％**、22％**、43％**。从产量因子看，FACE对穗数(3％)、每穗颖花数和饱粒重影响较小，但使饱粒率平均增加3％，CK、LC1、LC3、1/3SR和1/2SR处理下分别增加1％、11％+、11％、-1％、-1％。与CK相比，LC1、LC3处理使饱粒率分别下降10％**和46％**;1/3SR、1/2SR处理使每穗颖花数分别下降32％**和49％*，但使饱粒率（约10％**）和饱粒重(2％)明显增加。
　　2.FACE使出糙率、出精率和整精米率略降，但均未达显著水平。与CK相比，源库处理使出精率均下降，疏花处理使出糙率下降，降幅较小(＜2％)但多达显著或极显著水平。
　　3.FACE使不同源库处理水稻精米籽粒长度、宽度、长宽比和垩白粒率均无显著影响，但使垩白度平均增加15％，增幅为3～44％。与CK相比，LC3处理使粒长和垩白度平均分别增加2％**和24％**;疏花处理使粒宽增加而长宽比减小(＜2％)，多达显著水平。
　　4.FACE使不同源库处理水稻精米蛋白质浓度下降6～18％**，平均降幅为11％**。FACE使精米元素浓度均呈下降趋势，其中S、Mg、 Ca、Zn、Fe、Mn、Cu浓度降幅均达0.1以上显著水平(14～37％);相反，FACE使精米植酸浓度平均增加5％。与CK相比，源库处理(LC1除外)使蛋白质浓度极显著增加;剪叶处理使S、Mg、Ca、Zn、Fe、Mn浓度均呈增加趋势，而植酸浓度表现相反;疏花处理使P、S、Mg、Ca、Zn、Fe、Cu浓度增加。
　　5.FACE使米粉崩解值平均增加7％*，但使消减值平均降低2％。与CK相比，剪源疏库使米粉消减值增加（＜14％**），使崩解值下降(＜17％**)。就蒸煮食味品质而言，FACE使米饭外观、黏度、平衡度和食味值均增加(9～12％**)，而使米饭硬度下降(6％**)。与CK相比，源库处理(LC1除外)使米饭外观、黏度、平衡度、食味值一致下降，而使米饭硬度增加，多达0.05以上显著水平。
　　6.FACE使DSC曲线峰值温度和终止温度增加(约1％)，使米粉热焓值和DSC曲线峰宽度下降(4～6％)，但对起始温度、峰高度无显著影响。源库处理对上述指标多无显著影响。就淀粉粒径而言，FACE使淀粉粒体积、表面积加权平均值和大粒径淀粉粒所占比例增加(2～4％)，使小、中粒径淀粉粒所占比例下降(3～4％);与CK相比，LC3、1/3SR和1/2SR处理使前3个参数下降(2～5％)，使后两个参数增加(3～8％)，均达极显著水平。
　　7.除产量、食味品质以及DSC曲线相关指标外，CO2处理与品种对其他指标多存在不同程度的互作效应;CO2处理与源库处理间的互作对产量、饱粒率、蛋白质、P、K、崩解值、淀粉体积加权平均值、中粒径或大粒径淀粉粒占比的影响均达0.1以上显著水平。
　　实验二以常规粳稻武运粳24为材料，源库处理设CK、拔节期剪50％叶(LCH)、剪100％叶(LCA)、齐穗期剪去1次枝梗(SR1)和剪去2次枝梗(SR2)。主要结果如下:
　　1.与AMB相比，FACE处理使WYJ24籽粒产量平均增加2％，在CK、LCH、LCA、SR1和SR2处理条件下分别增加5％、3％、19％+、-14％和-7％。与CK相比，LCH、LCA、SR1和SR2处理使其分别下降13％*、23％**、42％**、37％**。FACE使饱粒率增加(2％)，使每穗颖花数减少(3％)，但对单位面积穗数、饱粒重没有影响。与CK相比，LCH、LCA处理使每穗颖花数分别下降6％*、16％**，使饱粒重下降1～3％*; SR2处理使饱粒率、饱粒重分别增加7％**、11％**;两剪穗处理使每穗颖花数大幅下降(45～48％**)。
　　2.FACE使出糙率、出精率、整精米率略减(约1％)。与CK相比，拔节期剪叶处理使出精率、整精米率下降(1～3％);疏花处理使出糙率下降(＜1％)，但出精率（约4％）、整精米率增加（约5％），多达极显著水平。
　　3.FACE使精米垩白粒率、垩白度平均分别增加30％、36％，使长宽比下降1％**，但对粒长、粒宽没有影响。与CK相比，LCH处理使粒宽下降1％*;疏花处理使粒长、粒宽增加(＜3％)，但使长宽比(0.5～1.2％)、垩白粒率、垩白度下降(45～85％)，多达极显著水平。
　　4.FACE使不同源库处理水稻精米蛋白质含量下降8～13％，平均降幅为10％*，使各元素浓度均降低，降低均未达显著水平（S除外），但使植酸浓度增加21％**。与CK相比，疏花处理使蛋白质、S、Zn、B浓度增加(13～48％**)。
　　5.FACE对RVA谱和DSC曲线相关指标均无显著影响，但疏花处理使起始温度(＜4％*)、峰高度（约7％*）下降。FACE使淀粉粒体积(2％+)、表面积加权平均值(2％*)和大粒径淀粉粒所占比例(4％+)增加，使小(2％*)、中粒径淀粉粒所占比例(4％+)下降。与CK相比，LCH、SR1和SR2处理使前3个参数下降(2～10％)，而后2个参数增加(1～13％)，多达0.1以上显著水平。
　　6.CO2与源库处理互作对武运粳24所有籽粒平均粒重、每穗颖花数、饱粒率、单穗籽粒产量、精米宽度、峰值温度的影响均达0.1以上显著水平。

目录

论文说明

摘要

符号说明

1 前言

1．1 源库的概念及其衡量指标

1．2 水稻源库类型的划分

1．3 源库处理对水稻产量、品质的影响

1．3．1 源库处理对水稻生物产量的影响

1．3．2 源库处理对水稻产量性状的影响

1．3．3 源库处理对稻米加工品质的影响

1．3．4 源库处理对稻米外观品质的影响

1．4 大气CO2浓度升高对水稻产量、品质的影响

1．4．1 大气CO2浓度升高对水稻生物产量的影响

1．4．3 大气CO2浓度升高对稻米加工品质的影响

1．4．5 大气CO2浓度升高对稻米营养品质、蒸煮食味品质的影响

1．5 CO2与栽培因子互作对作物生长和产量的影响

1．7 本研究的目的和意义

2．1 实验平台

2．2 材料培育

2．3 材料处理

2．3．1 Y两优900和南粳9108齐穗期减源疏库处理试验(实验1)

2．3．2 武运粳24拔节期减源、抽穗期减库处理试验(实验2)

2．3．3 2016年不同品种齐穗期源库处理实验(实验3)

2．4 测定内容与方法

2．4．1 产量性状的测定

2．4．2 稻米品质的测定

2．4．3 元素的测定

2．4．4 植酸浓度的测定

2．5 统计分析方法

3 结果与分析

3．1．1 产量相关性状

3．1．2 加工品质

3．1．3 外观品质

3．1．4 营养品质

3．1．5 精米米粉粘滞性(RVA谱)

3．1．6 蒸煮食味品质

3．1．7 精米米粉胶凝特性(DSC)

3．1．8 淀粉粒度

3．2 高CO2浓度和剪叶疏花对武运粳24产量和品质性状的影响

3．2．1 产量相关性状

3．2．2 加工品质

3．2．3 外观品质

3．2．4 营养品质

3．2．5 精米米粉粘滞性(RVA谱)

3．2．6 精米米粉胶凝特性(DSC)

3．2．7 淀粉粒度

4 小结与讨论

4．1．1 生物产量

4．1．2 籽粒产量

4．2 高CO2浓度和剪叶疏花对稻米加工品质的影响

4．4 高CO2浓度和剪叶疏花对稻米营养品质的影响

4．4．1 蛋白质

4．4．2 元素

4．4．3 植酸

4．6 高CO2浓度和剪叶疏花对稻米蒸煮和食味品质的影响

4．8 高CO2浓度和剪叶疏花对稻米淀粉粒径的影响

参考文献

附表

致谢

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