水稻中籼品种改良过程中产量与氮肥吸收利用的变化及其生理基础

摘要

了解在水稻品种改良过程中产量与氮肥吸收利用的变化特点及其生理基础，对于指导水稻高产高效育种与栽培有重要意义。本研究以江苏省近60年来各阶段具有代表性的12个中籼水稻品种为材料，依据品种种植年代结合株型特点将其分为早期高杆(ET)、矮秆(DC)、半矮秆(SDC)和超级稻(SR)4个类型，设置了0N（不施用氮肥）、210N(全生育期施纯氮210 kg hm-2)、300N(全生育期施纯氮300 kg hm-2)三个氮肥处理，研究了中籼水稻品种改良过程中产量与氮肥吸收利用的变化及其生理基础。主要结果如下：
　　⑴随品种改良，水稻产量逐步增加。产量的提高主要是由于总颖花量的增加，总颖花量的增加主要得益于每穗粒数的增加，超级稻相对较低的结实率限制了其产量潜力的发挥。由早期高秆品种到矮秆品种，生物产量与收获指数同步增加提高了水稻产量，收获指数的提高更为明显;而由矮秆品种到现代超级稻，收获指数略有下降，水稻产量的提高主要是由于生物产量的增加。
　　⑵各品种对施氮量的反应差异显著，当施氮量由0N增加到210N时，各品种的产量均显著增加，但现代半矮秆品种和超级稻的增加比例要显著高于早期高杆品种和矮秆品种;当施氮量由210N增加到300N时，早期高杆品种、矮秆品种和半矮秆品种的产量均表现为下降趋势，而超级稻产量继续增加。随着氮肥施用量的增加，各品种的生物产量逐步增加，收获指数逐步降低。
　　⑶品种改良显著增加了抽穗期的叶面积指数，颖花量也显著增加。在0N和210N处理下，各类型品种的颖花/叶(cm2)差异不显著，但在300N处理下，超级稻的颖花/叶(cm2)要显著高于其他类型品种。现代品种在穗分化始期和抽穗期具有较高的根系活力和叶片光合速率，但超级稻在生育后期叶片和根系的衰老速度相对较快，这可能是其结实率较低的重要原因。
　　⑷在各主要生育时期，根干重随品种改良显著增加。在分蘖中期和穗分化始期，根冠比随品种改良而增加，在生育后期，根冠比在各类型品种间无显著差异。随着氮肥施用量的增加，各品种的根干重均表现为先增加后减小的趋势，但减小的幅度较小。在分蘖中期和穗分化始期，各类型品种根-冠比随氮肥提高而降低，在生育后期，各品种根-冠比在三个氮肥处理下差异不显著。
　　⑸品种改良明显减小了顶三叶的着生角度，从早期高秆品种到矮秆品种，水稻的株高大幅度降低，由矮秆品种至现代超级稻，水稻的株高又逐步上升。随着施氮量的增加，各品种顶三叶的着生角度呈增大趋势，而各品种株高变化不显著。
　　⑹各类型品种抽穗至成熟茎鞘中非结构性碳水化合物(NSC)转运率及NSC对籽粒的贡献率表现为半矮秆品种＞超级稻＞矮秆品种＞高杆品种。随着施氮量的增加，各品种抽穗至成熟NSC的转运率略有下降。
　　⑺品种改良显著提高了水稻的氮肥偏生产力、农学利用率、生理利用率和稻谷生产率，氮肥表观吸收利用率没有显著变化。水稻的氮肥干物质生产率在不同的施氮量下表现趋势不同:在0N处理下，各品种的氮素干物质生产率表现为超级稻＞早期高杆品种＞半矮秆品种＞矮秆品种;在210N和300N处理下，现代半矮秆品种和超级稻的氮素干物质生产率显著高于早期高杆品种和矮秆品种。随着氮肥施用量的增加，各品种水稻的氮肥偏生产力、农学利用率、生理利用率、吸收利用率、稻谷生产率和干物质生产率均呈下降趋势。
　　⑻在穗分化始期，叶片中谷氨酰胺合酶(GS)、硝酸还原酶(NR）和谷氨酸合酶(GAOGAT)等氮代谢酶类活性均随品种改良和施氮量的增加而提高。
　　⑼中籼水稻产量和氮肥利用效率随品种的改良而逐步提高。每穗颖花数的增加、株型的改善、根系和冠层生理活性的提高和花前储藏物质的高效利用是产量和氮肥利用效率提高的重要生理基础。超级稻结实率较低，提高结实期根系活力是进一步提高超级稻产量的重要途径。