水稻生長對根際氧營養(yǎng)的響應特征及其生理機制研究.pdf

1、水稻是世界上最重要的農作物，世界上一半以上的人口以水稻為主食。氧參與了稻田生態(tài)系統(tǒng)活動的重要過程，是水稻生長發(fā)育和生理代謝過程中主要的營養(yǎng)因子。水稻不但能利用通氣組織和根從地上部及根際環(huán)境中吸收和轉運氧以滿足自身生長的需要，還能通過根系泌氧改善根際環(huán)境。稻田氧營養(yǎng)直接影響水稻的生長和產量的形成，具有顯著的生態(tài)效應。
　　 地表積水是導致水稻地下部（根系）缺氧脅迫的主要原因。水稻生長早期（分蘗期）需要田間淹水以防除雜草，這將導致其

2、根際缺氧;遭受澇害時，水稻根系也會處于缺氧環(huán)境。此時，水稻根系必需在形態(tài)（如增加孔隙度）和代謝（如減少營養(yǎng)物質的吸收面積）上進行一定的調節(jié)，而這種調節(jié)又會影響其生長以及根際狀況?？刂乒嗨ㄔ黾油寥篮涂諝獾慕佑|時間）是目前常見的一種水稻根際增氧途徑，而利用化學物質增氧還處于試驗階段。
　　 基于國內外研究進展，本研究擬以水稻根系形態(tài)、氮素營養(yǎng)和產量性狀對根際氧營養(yǎng)的響應為突破口，兼顧水稻品種間的差異，旨在研明不同根際氧營養(yǎng)水稻的生

3、物學響應及其生理機制;探尋水稻根際氧營養(yǎng)調控的可行途徑;為水稻抗逆高產栽培提供基于氧營養(yǎng)調控的理論依據和技術儲備。
　　 依據水稻根系對根際氧營養(yǎng)的敏感程度，本課題組于2005-2006對農藝性狀差異較大的近20份水稻品種進行了篩選，確定“國稻1號”和“秀水09”分別作為秈型和粳型代表品種。2006-2007，選擇過氧化尿素和過氧化鈣作為化學物質增氧材料，通過系列試驗，驗證其增氧效果并確定適宜用量。2007年通過營養(yǎng)液培養(yǎng)，確定

4、水稻的需氧性和根際氧營養(yǎng)敏感時期。為驗證不同增氧模式對水稻根際缺氧的調控效果，分別于2007年和2008年，設計了過氧化尿素(T1)、過氧化鈣(T2)以及干濕交替灌溉(T3)等3種根際增氧模式的田間試驗并以長期淹水田塊為對照(CK)，監(jiān)測水稻地上、地下部的形態(tài)、生理特征與根際環(huán)境效應以及氮素利用效率和產量效應。獲得主要結論如下:
　　 1.過氧化尿素和過氧化鈣都能與水反應，釋放出氧氣、提高水體的溶氧量。一次施用含20kg hm-

5、2活性氧的兩種化學物質，在不種植作物時能夠使水層保持至少17d的增氧狀態(tài)，且pH值升高幅度不大。水稻種植試驗表明，分別在分蘗期和孕穗期追加120kghm-2的過氧化尿素或施用364 kghm-2的過氧化鈣，即共施入含40 kghm-2活性氧的兩種化學物質時，水稻產量分別提高32.3％和27.5％，較其余施用量增產效果好。
　　 2.水稻不同時期根際增氧均能提高植株的生物量，但分蘗期和孕穗期最明顯。分蘗期增氧，國稻1號和秀水09生

6、物量分別提高12.3％和44.8％，增加幅度較其他時期大。孕穗期持續(xù)低氧處理或增氧處理，水稻生物量和產量增加或降低的幅度均較其他階段大。該階段持續(xù)低氧處理，國稻1號和秀水09生物量分別降低14.2％和13.2％，產量分別降低28.4％和12.3％。
　　 3.根際增氧顯著促進水稻根系形態(tài)結構的優(yōu)化和功能的提高，主要表現為:根系長度增加、根體積變大、根吸收面積增加和根系活力增強;增氧模式下，灌漿期水稻根系仍能保持18％以上的孔隙度

7、，有利于根系獲得較多的氧;齊穗后SOD和POD仍保持相對較強的活性，MDA（丙二醛）積累較少。
　　 4.田間試驗表明:與CK相比，國稻1號和秀水09的T1、T2和T3處理增產幅度2007年分別為:3.1％/11.5％、10.2％/14.9％和18.9％/16.4％;2008年分別為:11.56％/6.57％、8.48％/9.20％和13.56％/9.39％。在田間長期淹水條件下兩種化學物質增氧處理的水稻產量接近田間干濕交替灌溉

8、處理的水平。水稻在形態(tài)、生理及干物質積累等方面對氧營養(yǎng)增加的響應總體表現為:(1)前期分蘗數增加較快，有效穗增多;(2)齊穗后葉片葉綠素含量下降較慢，劍葉SOD（超氧化物歧化酶）和POD（過氧化物酶）活性較高，MDA含量較低;(3)齊穗后葉片光合作用對穗部干物質積累貢獻大，結實率提高。
　　 5.增氧模式下，水稻齊穗期葉和莖鞘中氮積累較多，增氧有利于穗部灌漿期氮的轉運。齊穗后，國稻1號增氧模式的氮積累均顯著高于CK，秀水09 T

9、1和T3氮積累也較CK多。收獲期，兩水稻品種的氮積累量均表現為T3＞T1＞T2＞CK。增氧促進了水稻對硝態(tài)氮的吸收，且硝態(tài)氮含量品種間差異顯著，其中粳稻硝態(tài)氮含量較低。葉片NRA受增氧模式的影響顯著，硝酸還原酶的活性與葉片硝態(tài)氮的含量呈極顯著（國稻1號）或顯著（秀水09）相關。增氧模式下，水稻齊穗后仍能保持較大氮吸收能力，其機制與硝酸還原酶活性提高、氮同化加速有關。水稻的氮素偏生產力(PFPN)在兩種化學物質增氧下，均有所提高，但受水稻