高溫脅迫對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響與化學(xué)調(diào)控的緩解效應(yīng)與機(jī)理.pdf

1、全球氣候變暖導(dǎo)致氣溫升高，預(yù)計(jì)本世紀(jì)末全球平均氣溫將上升2.0-4.5℃。導(dǎo)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(dǎo)致的高溫?zé)岷Σ粌H影響作物生長(zhǎng)進(jìn)程，同時(shí)直接改變其他環(huán)境因子，間接影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)，這一方面的研究也是現(xiàn)階段研究熱點(diǎn)之一。通過(guò)育種和生物技術(shù)等途徑進(jìn)行品種改良，提高水稻高溫耐性有利助于減輕高溫帶來(lái)的負(fù)效應(yīng)，然而，這一領(lǐng)域的進(jìn)展十分緩慢。通過(guò)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(duì)水稻產(chǎn)

2、量和品質(zhì)的影響，但多數(shù)情況下，這些技術(shù)應(yīng)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(yīng)用。在高溫發(fā)生時(shí)，及時(shí)應(yīng)用化學(xué)調(diào)控物質(zhì)緩解高溫對(duì)水稻的傷害，是水稻遭遇高溫等逆境脅迫下實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的可行途徑之一，但目前關(guān)于外源化學(xué)物質(zhì)（包括生物炭、生長(zhǎng)調(diào)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(guò)選用不同高溫耐性類型水稻品種，通過(guò)人工溫室控溫處理設(shè)置不同的溫度組合，比較研究了不同的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、抗氧化劑和生物炭對(duì)高溫脅迫

3、下水稻生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響及其機(jī)理。
　　試驗(yàn)采用株型相似但高溫耐性不同的兩個(gè)秈稻品種(IR64，黃華占)為材料，設(shè)置的溫度處理處理包括:正常溫度對(duì)照(AT)、高夜溫(HNT)和高日溫(HDT)等3個(gè)處理;外源化學(xué)物質(zhì)葉面噴施處理包括維生素C，維生素E，油菜素內(nèi)酯(Br)，茉莉酸甲酯(MeJA)和三唑酮(Tr)及不同物質(zhì)相互間混用，不施用任何物質(zhì)作為空白處理，試驗(yàn)于2013和2014年5月-10月在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科技學(xué)

4、院人工氣候室進(jìn)行。此外，2014年在上述化學(xué)物質(zhì)葉片噴施的基礎(chǔ)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(kāi)花后采樣，比較分析不同溫度處理下外源化學(xué)物質(zhì)施用對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育、光合速率、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的變化，重點(diǎn)觀察了對(duì)開(kāi)花期的花粉育性、花藥開(kāi)裂、花粉萌發(fā)、抗氧化能力和花粉粒代謝物質(zhì)合成的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)高溫顯著降低了兩個(gè)水稻品種的花粉育性、花藥開(kāi)裂率、柱頭花粉接受數(shù)及花粉萌發(fā)率，代

5、謝物質(zhì)合成和花粉?？寡趸钚?，而且高夜溫處理對(duì)各性狀的影響比高日溫處理下的更明顯。外源化學(xué)物質(zhì)施用可以緩解高溫對(duì)花粉生理生化性狀的不利影響，其中以抗氧化劑與生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑混施(Vc+Ve+MeJA+Br)處理下的緩解效應(yīng)最好。品種間也表現(xiàn)出明顯差異，黃華占在高溫處理下表現(xiàn)出花粉育性、花藥開(kāi)裂能力和柱頭花粉接受數(shù)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(zhì)合成能力。
　　(2)高溫處理對(duì)水

6、稻生長(zhǎng)有顯著影響，降低水稻產(chǎn)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(shí)提高了兩個(gè)供試品種葉片水勢(shì);高溫處理對(duì)有效穗數(shù)影響不大，但顯著降低水稻結(jié)實(shí)率和千粒重，從而導(dǎo)致產(chǎn)量降低;高溫對(duì)水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響存在品種間差異，黃華占在高溫下的生長(zhǎng)和產(chǎn)量均比IR64的好，與常溫處理相比降幅也低于IR64;外源化學(xué)物質(zhì)施用可以有效緩解高溫對(duì)水稻產(chǎn)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(dǎo)致的不利影響。
　　(3)高溫脅迫對(duì)稻米的外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)均造成不利影響，兩年的試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)相同。研究結(jié)果表明，高日溫和高夜溫處理降低了兩個(gè)供試品種的籽粒粒長(zhǎng)、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(fù)值和糊化溫度，同時(shí)顯著降低了峰值粘度、谷值粘度、最終黏度，從而導(dǎo)致食味品質(zhì)降低;外源化學(xué)物

8、質(zhì)可以有效緩解高溫對(duì)稻米品質(zhì)的不利影響，其中以四種外源化學(xué)物質(zhì)混施(Vc+Ve+MeJA+Br)處理下的表現(xiàn)最好。
　　(4)高溫處理比常溫處理的花粉育性、花藥開(kāi)裂率、柱頭花粉數(shù)和花粉萌發(fā)率降低，這是結(jié)實(shí)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(duì)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(shí)，生物炭施用可以促進(jìn)植株生長(zhǎng)、提高產(chǎn)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(zhì)最優(yōu)，可能在于該處理增強(qiáng)植株光合作用，提高水分利用效率，促進(jìn)灌漿，補(bǔ)償了高溫脅迫導(dǎo)致的不利影響。本研究結(jié)果表明，高溫脅迫嚴(yán)重影響水稻植株生長(zhǎng)發(fā)育，外源化學(xué)物質(zhì)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(duì)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(zhì)合成、內(nèi)源激素平衡和基因型差異等方面進(jìn)行了高溫脅迫及其緩解的機(jī)理探索，有助于豐富水稻