水稻根系形態(tài)生理與產量形成的關系及其栽培調控技術.pdf

1、植物根系既是水分和養(yǎng)分吸收的主要器官,又是多種激素、有機酸和氨基酸合成的重要場所,其形態(tài)和生理對地上部的生長發(fā)育、產量和品質形成均有重要作用。但根系作為植株“隱藏”的一半,與地上部分相比,對水稻根系形態(tài)生理及其與產量形成的關系了解較少。本研究以代表性水稻品種為材料,對水稻品種演進過程中根系形態(tài)生理的變化特點及其與產量形成的關系、超級稻品種在不同生育期根系形態(tài)生理變化特征、根系激素與強、弱勢粒灌漿的調控作用、根系形態(tài)生理的關鍵栽培調控技術

2、等進行了研究。主要結果如下:1.秈、粳稻品種演進過程中根系形態(tài)生理的變化及其與產量形成的關系江蘇省中秈水稻品種和粳稻品種在品種演進過程中根系形態(tài)生理的變化及其與產量形成的關系表現基本一致。在各主要生育期,根干重、根重密度、根長、根長密度和根直徑隨品種演進增加。在生長早期和中期,根系氧化力、葉片光合速率、根系總吸收表面積和活躍吸收表面積以及根系傷流液中Z+ZR含量隨品種演進增加或顯著增加。隨著品種演進產量逐步提高,其原因主要是每穗粒數的增

3、多導致總穎花量的增加?；貧w分析表明,根干重、根長、根直徑、根系氧化力、根系總吸收表面積和根系活躍吸收表面積與產量呈極顯著線性正相關關系:穎花數、粒重和產量與根系分泌物/傷流液中有機酸和氨基酸組分和濃度顯著相關。隨品種演進,分蘗期根尖細胞中線粒體、高爾基體、核糖體和淀粉體數目顯著增多。分蘗期根尖細胞中線粒體和高爾基體數目與根干重、根系氧化力、苗干重和分蘗數呈顯著或極顯著正相關關系。說明根系和地上部農藝和生理性狀的改善,共同促進了現代品種尤

4、其是超級稻品種產量的提高。
　　 2.超級稻品種主要生育期根系形態(tài)生理特征的變化及其與產量形成的關系整個生育期超級稻品種的根干重、地上部干物重和根長密度顯著高于一般高產品種(對照)。在抽穗前和抽穗期,超級稻品種單株根系氧化力(ROA)和根中玉米素(Z)+玉米素核苷(ZR)含量顯著高于對照品種。在灌漿中后期則顯著低于對照品種。超級稻品種兩年的平均產量分別為10.2 t hm-2和11.4 t hm-2,分別比對照品種高13％和21

5、％。產量的增加主要是由于庫容量(總穎花量)的增大。超級稻兩年的平均結實率分別為72.9％和79.0％,顯著低于對照品種。相關分析表明,在灌漿期,ROA以及根中Z+ZR含量與結實率顯著相關。表明超級稻具有較高的根干重、地上部干物重和根長密度以及生長早中期較高的單株ROA和根中Z+ZR含量,這些都促進了庫容和產量的提高;通過提高灌漿期根系活性來提高結實率,有望進一步實現超級稻增產潛力。
　　 3.亞種間雜交稻根系和籽粒中激素與花后強

6、、弱勢粒灌漿的關系與強勢粒及亞種內雜交稻的弱勢粒相比,兩個亞種間雜交稻組合弱勢粒的胚乳細胞分裂速率低、籽粒灌漿慢。在灌漿前期,亞種間雜交稻組合弱勢粒中赤霉素(Gas)含量較高,而細胞分裂素[玉米素(Z)+玉米素核苷(ZR)]、吲哚-3-乙酸(IAA)和脫落酸(ABA)含量較低。胚乳細胞的分裂速率和籽粒灌漿速率與根系和籽粒中z+ZR和ABA含量及籽粒中IAA含量呈顯著或極顯著正相關關系,而與根系和籽粒中Gas含量及根系中IAA含量的相關性

7、不顯著。對穎花噴施激動素、IAA或ABA以及對根系施用激動素和ABA,促進了弱勢粒胚乳細胞分裂速率和灌漿速率。說明根系和籽粒中較低的Z+ZR和ABA含量以及籽粒中較低的IAA含量可能是導致亞種間雜交稻弱勢粒充實不良的重要原因。
　　 4.灌溉方式對水稻根系形態(tài)生理、產量和米質的影響
　　 4.1結實期干濕交替灌溉對水稻根系形態(tài)生理和產量的影響于抽穗后6天至成熟進行了輕干—濕交替灌溉(WMD)、重干—濕交替灌溉(WSD)和

8、常規(guī)灌溉(CI,保持水層)3種灌溉方式處理。開花較早的強勢粒的籽粒灌漿速率、粒重和Z+ZR含量在3種灌溉方式處理間無顯著差異。與CI相比,WMD處理顯著增加了弱勢粒的籽粒灌漿速率和粒重,而WSD處理的結果則相反。WMD處理在土壤落干期,弱勢粒和劍葉中Z+ZR含量與CI相比無顯著差異,但復水后WMD處理的Z+ZR含量顯著增加。在WSD處理下,弱勢粒和劍葉中Z+ZR含量不論是土壤落干期還是復水期都顯著下降。WMD與CI處理的根系中Z+ZR含

9、量無顯著差異。WSD處理顯著增加了根系中Z+ZR含量,而顯著降低了根系中異戊烯基腺嘌呤(iP)和異戊烯基腺苷(iPR)含量。弱勢粒的籽粒灌漿速率和粒重與Z+ZR含量呈顯著或極顯著正相關關系。以上結果表明,抽穗后輕干—濕交替灌溉通過提高水稻弱勢粒和劍葉中Z+ZR含量,進而促進了弱勢粒的籽粒灌漿。
　　 4.2結實期干濕交替灌溉對稻米品質的影響在WMD處理下,籽粒灌漿后期的根系氧化力、劍葉光合速率和籽粒中蔗糖—淀粉代謝途徑關鍵酶活性

10、顯著增加,而WSD處理的結果則相反。與CI相比,WMD處理的產量增加了9.3～9.5％,而WSD處理的產量降低了7.5～7.8％。WMD處理顯著改善了稻米的加工品質、外觀品質和食味品質,而WSD處理顯著降低了稻米品質。說明結實期輕干—濕交替灌溉不僅可以提高水稻產量和改善稻米品質,而且還可以節(jié)約寶貴的水資源。
　　 4.3全生育期干濕交替灌溉對水稻根系形態(tài)生理和產量的影響在全生育期進行WMD、WSD和CI3種灌溉方式處理。與CI相

11、比,WMD處理顯著增加了根系氧化力、根葉穗中的細胞分裂素含量、葉片光合速率、籽粒中蔗糖—淀粉代謝途徑關鍵酶活性和產量,而WSD處理的結果則相反。WMD和WSD處理均提高了水分利用效率。說明全生育期輕干—濕交替灌溉促進了根系生長,有利于其它生理過程,進而提高了產量和水分利用效率。
　　 5.養(yǎng)分管理和栽培模式對水稻根系形態(tài)生理和產量的影響
　　 5.1實地氮肥管理進行實地養(yǎng)分管理(SSNM,因地、因苗、因種施肥)和習慣施肥

12、(FFP,對照)兩種養(yǎng)分管理。抽穗前的根干重,FFP處理大于SSNM處理。在抽穗期及抽穗后,SSNM處理的根重大于FFP處理。SSNM處理提高了水稻整個生育過程的根—冠比。SSNM處理的水稻根系氧化力自幼穗分化期開始(尤其是單莖根系氧化力)均高于FFP處理。SSNM處理提高了抽穗后水稻劍葉光合速率。與FFP相比,SSNM處理的產量提高了7.2～9.4％,氮肥利用效率(氮肥偏生產力,產量/施氮量)增加了38～46％。表明SSNM促進生育后

13、期根系生長是其提高產量和氮肥利用效率的一個重要原因。
　　 5.2餅肥和無機氮肥配施進行不施氮肥(T1)、施用無機氮(T2)、施用餅肥(T3)和餅肥與無機氮肥配施(T4)4種處理。各處理產量的高低表現為:T4＞T2＞T3＞T1,4個處理間產量差異顯著。T4處理顯著增加了穗數、結實率、千粒重和收獲指數,顯著提高了抽穗期有效葉面積和高效葉面積、灌漿期葉片葉綠素含量和光合速率以及各主要生育時期的根干重、根長、根系氧化力、根系傷流量、根

14、系總吸收表面積和活躍吸收表面積。表明餅肥與無機氮肥配施可以促進根部生長,進而促進地上部生長并提高產量。
　　 5.3高產高效栽培進行高產高效栽培(以實地養(yǎng)分管理和輕干—濕交替灌溉為核心技術的高產與水分養(yǎng)分高效利用的栽培技術體系)和當地高產栽培(對照)兩種處理。與當地高產栽培相比,高產高效栽培增加了根系和地上部植株干物重、提高了根系細胞分裂素含量和根系氧化力。高產高效栽培的產量較對照增加了31％,并且顯著提高了氮肥和水分利用效率。