高溫脅迫對水稻產量和品質的影響與化學調控的緩解效應與機理.pdf

1、全球氣候變暖導致氣溫升高，預計本世紀末全球平均氣溫將上升2.0-4.5℃。導白天最高溫度上升的速率相比，夜間最低溫度上升的速率更快。氣溫升高導致的高溫熱害不僅影響作物生長進程，同時直接改變其他環(huán)境因子，間接影響水稻產量和品質，這一方面的研究也是現階段研究熱點之一。通過育種和生物技術等途徑進行品種改良，提高水稻高溫耐性有利助于減輕高溫帶來的負效應，然而，這一領域的進展十分緩慢。通過分期播種、水分和養(yǎng)分管理也可以在一定程度上緩解高溫對水稻產

2、量和品質的影響，但多數情況下，這些技術應用受到諸多因素如前后茬口、灌溉條件等的制約難以大面積應用。在高溫發(fā)生時，及時應用化學調控物質緩解高溫對水稻的傷害，是水稻遭遇高溫等逆境脅迫下實現高產、穩(wěn)產的可行途徑之一，但目前關于外源化學物質（包括生物炭、生長調節(jié)劑等）施用提高水稻高溫抗性方面的研究較少。為此，本研究通過選用不同高溫耐性類型水稻品種，通過人工溫室控溫處理設置不同的溫度組合，比較研究了不同的植物生長調節(jié)劑、抗氧化劑和生物炭對高溫脅迫

3、下水稻生長發(fā)育、產量和品質形成的影響及其機理。
　　試驗采用株型相似但高溫耐性不同的兩個秈稻品種(IR64，黃華占)為材料，設置的溫度處理處理包括:正常溫度對照(AT)、高夜溫(HNT)和高日溫(HDT)等3個處理;外源化學物質葉面噴施處理包括維生素C，維生素E，油菜素內酯(Br)，茉莉酸甲酯(MeJA)和三唑酮(Tr)及不同物質相互間混用，不施用任何物質作為空白處理，試驗于2013和2014年5月-10月在華中農業(yè)大學植物科技學

4、院人工氣候室進行。此外，2014年在上述化學物質葉片噴施的基礎上，增加了盆缽中土壤增施磷肥、生物炭、磷肥+生物炭等處理。于水稻開花后采樣，比較分析不同溫度處理下外源化學物質施用對水稻生長發(fā)育、光合速率、干物質積累、產量和品質形成的變化，重點觀察了對開花期的花粉育性、花藥開裂、花粉萌發(fā)、抗氧化能力和花粉粒代謝物質合成的影響。主要研究結果如下:
　　(1)高溫顯著降低了兩個水稻品種的花粉育性、花藥開裂率、柱頭花粉接受數及花粉萌發(fā)率，代

5、謝物質合成和花粉?？寡趸钚裕腋咭箿靥幚韺Ω餍誀畹挠绊懕雀呷諟靥幚硐碌母黠@。外源化學物質施用可以緩解高溫對花粉生理生化性狀的不利影響，其中以抗氧化劑與生長調節(jié)劑混施(Vc+Ve+MeJA+Br)處理下的緩解效應最好。品種間也表現出明顯差異，黃華占在高溫處理下表現出花粉育性、花藥開裂能力和柱頭花粉接受數及花粉萌發(fā)率均高于IR64。黃華占耐高溫的生理原因主要在于其較高的抗氧化能力和較高的代謝物質合成能力。
　　(2)高溫處理對水

6、稻生長有顯著影響，降低水稻產量。研究表明，高溫處理顯著降低葉面積、地上部及地下部生物量、光合作用和水分利用效率，同時提高了兩個供試品種葉片水勢;高溫處理對有效穗數影響不大，但顯著降低水稻結實率和千粒重，從而導致產量降低;高溫對水稻生長和產量的影響存在品種間差異，黃華占在高溫下的生長和產量均比IR64的好，與常溫處理相比降幅也低于IR64;外源化學物質施用可以有效緩解高溫對水稻產量的不利影響，其中以Vc+Ve+MeJA+Br混施處理效果最

7、好，該處理可以顯著提高光合速率、穎花育性和籽粒灌漿，從而緩解高溫傷害導致的不利影響。
　　(3)高溫脅迫對稻米的外觀品質和食味品質均造成不利影響，兩年的試驗結果趨勢相同。研究結果表明，高日溫和高夜溫處理降低了兩個供試品種的籽粒粒長、粒寬、籽粒面積和整精米率，增加了堊白粒率和堊白度;RVA分析表明，高溫顯著增加了稻米的崩解值、最終粘度、冶膠恢復值和糊化溫度，同時顯著降低了峰值粘度、谷值粘度、最終黏度，從而導致食味品質降低;外源化學物

8、質可以有效緩解高溫對稻米品質的不利影響，其中以四種外源化學物質混施(Vc+Ve+MeJA+Br)處理下的表現最好。
　　(4)高溫處理比常溫處理的花粉育性、花藥開裂率、柱頭花粉數和花粉萌發(fā)率降低，這是結實率下降的主要成因，耐高溫品種黃華占比高溫敏感品種降低幅度少。肥料施用可以有效緩解高溫對水稻花粉育性和活力的不利影響，其中以生物炭+磷肥的混合處理下的效果最明顯。同時，生物炭施用可以促進植株生長、提高產量，但與磷肥混施后的部分效果反

9、而下降。生物炭+磷肥混施處理下的稻米品質最優(yōu)，可能在于該處理增強植株光合作用，提高水分利用效率，促進灌漿，補償了高溫脅迫導致的不利影響。本研究結果表明，高溫脅迫嚴重影響水稻植株生長發(fā)育，外源化學物質混施(Vc+Ve+MeJA+Br)或生物炭+磷肥等措施可以有效的緩解高溫對水稻的不利影響，但后者的效果不如Vc+Ve+MeJA+Br混合施用。此外，從代謝物質合成、內源激素平衡和基因型差異等方面進行了高溫脅迫及其緩解的機理探索，有助于豐富水稻