超高產(chǎn)水稻養(yǎng)分利用效率的基因型差異及其對(duì)不同栽培措施的反應(yīng).pdf

1、改善施肥技術(shù)和挖掘超高產(chǎn)水稻的氮素利用潛力,從而提高水稻氮素利用效率已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本研究以超高產(chǎn)水稻品種為材料,利用大田試驗(yàn),探索了超高產(chǎn)水稻養(yǎng)分利用的品種特性及其在不同耕作、播種方法、氮肥運(yùn)籌處理下的產(chǎn)量形成和養(yǎng)分吸收特性,利用重組自交系進(jìn)行養(yǎng)分利用效率的QTL分析,并結(jié)合雙向電泳與質(zhì)譜分析技術(shù),研究超高產(chǎn)水稻養(yǎng)分利用效率的分子遺傳機(jī)理。主要結(jié)果如下:
　　 1、超高產(chǎn)水稻品種的產(chǎn)量顯著受年份和地點(diǎn)的影響,供試的兩個(gè)超

2、高產(chǎn)水稻品種的高產(chǎn)表現(xiàn)歸因?yàn)橛休^高的庫(kù)容,如較多的單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)。莖鞘和葉片的干物質(zhì)積累主要集中在分蘗期到齊穗期,在灌漿期減少。光合特性,如凈光合速率(Pn)、葉面積指數(shù)(LAI)、比葉面積(SLA)、葉綠素?zé)晒?Fv/Fm)、SPAD值和養(yǎng)分吸收和利用等指標(biāo),均存在著顯著的環(huán)境效應(yīng),而部分生理性狀受環(huán)境影響較小,如分蘗期的SLA、齊穗期的Fv/Fm和LAI、齊穗期和收獲期的莖鞘干物質(zhì)積累量和葉片氮含量,啟示出這些性狀可用于育種

3、程序。另外,相關(guān)分析表明,齊穗期凈光合速率等可作為超高產(chǎn)水稻高產(chǎn)的衡量指標(biāo)。
　　 2、不同耕作方式對(duì)產(chǎn)量的影響因地區(qū)而異。與翻耕相比,免耕水稻齊穗前干物質(zhì)積累能力較弱,而灌漿期則相反。免耕的凈光合速率顯著高于翻耕,而Fv/Fm則無(wú)顯著差異。耕作方式對(duì)蒸騰速率和SPAD值的影響因地點(diǎn)和年份而異。免耕的莖鞘和穗部氮濃度要低于翻耕。磷濃度在齊穗前不同耕作方式之間沒有顯著差異,但是在收獲期,免耕稻穗部磷含量顯著高于翻耕。免耕稻莖鞘和葉

4、片的鉀濃度顯著高于翻耕。在收獲期,耕作方式對(duì)養(yǎng)分積累的影響因部位不同而有所差異。與翻耕相比,免耕稻在生育后期莖鞘和葉片養(yǎng)分積累量略高,而在生育前期其差異又因地點(diǎn)和年份而異。免耕條件下,氮收獲指數(shù)(NHI)和鉀收獲指數(shù)(KHI)都顯著較高,而磷收獲系數(shù)(PHI)受環(huán)境影響較小。與翻耕稻相比,免耕稻的養(yǎng)分利用效率較低。
　　 3、不同播種方式(直播、移栽)對(duì)超高產(chǎn)水稻品種產(chǎn)量及其構(gòu)成、干物質(zhì)積累、葉片光合特性、稻米品質(zhì)以及養(yǎng)分利用的

5、影響表現(xiàn)為:直播稻在粒重、分蘗前期每株分蘗數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm以及蒸騰速率上具有優(yōu)勢(shì),而在產(chǎn)量、單位面積穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、穗重、凈光合速率和氣孔導(dǎo)度上則剛好相反。此外,在每穗粒數(shù)、成熟期莖鞘、葉片干重等指標(biāo)上,播種方式之間無(wú)顯著差異。播種方式對(duì)植株生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響存在著顯著的品種差異。供試品種中,相對(duì)高產(chǎn)的春優(yōu)58和相對(duì)低產(chǎn)的甬優(yōu)6號(hào)具有不同的生理特性及對(duì)處理的反應(yīng)。春優(yōu)58的單位面積穗數(shù)、每穗粒數(shù)和穗部干物質(zhì)含量較高。春優(yōu)58在移

6、栽條件下,凈光合速率較高,而甬優(yōu)6號(hào)則以直播中較高。大部分稻米品質(zhì)性狀和養(yǎng)分利用特性在不同播種方式下存在著顯著的環(huán)境效應(yīng),但移栽稻的整精米率、糙米率以及粒寬在不同環(huán)境下均顯著高于直播稻,而惡白度和膠稠度則剛好相反。相關(guān)分析表明,稻米堊白度、透明度、膠稠度、直鏈淀粉含量以及蛋白質(zhì)含量與氮、磷、鉀的吸收利用呈顯著相關(guān)。
　　 4、不同肥料運(yùn)籌對(duì)超高產(chǎn)水稻品種產(chǎn)量、高產(chǎn)特性以及養(yǎng)分利用的影響表現(xiàn)為,同對(duì)照(F1)相比,減量后重處理(F

7、4)與減量(F2)的產(chǎn)量略低但差異不顯著,后重處理(F3)與對(duì)照基本持平或略高。單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù),減量處理(F2或F4)顯著降低,而后重處理(F3)變化不大;減量和后重處理(F2、F3、F4)均不同程度地提高結(jié)實(shí)率,且對(duì)粒重有顯著影響。這表明,庫(kù)容大小受氮肥用量的影響,后期增施有一定的補(bǔ)償作用。氮肥對(duì)前期干物質(zhì)的影響,主要集中在莖鞘上,表現(xiàn)為分蘗期F4顯著低于對(duì)照,始穗和齊穗期則無(wú)顯著差異,而收獲期和分蘗期相似。這表明,前期減少氮

8、肥的水稻有較大的灌漿期莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力。SPAD值和凈光合速率在生育前期處理間無(wú)顯著差異,而在齊穗期,后重處理(F3)要略高于對(duì)照。莖鞘NPK的吸收和積累前期以F4最低,其他處理無(wú)顯著差異。減肥、后重(F2、F3、F4)均能不同程度提高氮利用效率(NUE),但磷利用效率(PUE)、鉀利用效率(KUE)、NHI、PHI和KHI則受環(huán)境和品種的影響,且它們的表現(xiàn)各不相同。
　　 5、利用超級(jí)雜交稻汕優(yōu)10號(hào)(珍汕97×密陽(yáng)46)重

9、組自交系247個(gè)株系,分別于2007年和2008年種植在中國(guó)水稻研究所(浙江、富陽(yáng)),成熟后測(cè)定植株氮磷鉀含量,計(jì)算養(yǎng)分利用效率和養(yǎng)分收獲指數(shù)。應(yīng)用有207個(gè)RFLP和SSLP標(biāo)記構(gòu)建的遺傳連鎖圖來(lái)確定養(yǎng)分利用性狀的QTL位置和效應(yīng)。結(jié)果表明:6個(gè)養(yǎng)分利用性狀在2個(gè)環(huán)境中均連續(xù)分布,且都存在一定數(shù)量上的雙向超親遺傳類型。共有7個(gè)主效QTL基因,6對(duì)上位性QTL基因在2年試驗(yàn)中都檢測(cè)到,分布在除4、7、9外的其他染色體上。其中NUE、PU

10、E都檢測(cè)到1個(gè)主效QTL;NHI、PHI和KHI分別檢測(cè)到2、2和1個(gè)主效QTL,單個(gè)QTL對(duì)性狀的貢獻(xiàn)率為3.36％-7.20％,其中控制磷素利用效率的QTL座位(RM1-RM151)與控制氮素收獲指數(shù)的QTL座位(RM151-RG532)相鄰,說(shuō)明控制N、P利用的QTL可能是連鎖的。
　　 6、研究了不同氮素利用效率的兩個(gè)超高產(chǎn)水稻品種在氮脅迫條件下的蛋白質(zhì)表達(dá)譜,以明確水稻氮素利用效率的分子機(jī)理。在水稻4葉期進(jìn)行氮脅迫處理

11、,處理后12小時(shí)、3天、7天取最大展開葉分析。葉片總蛋白提取后,雙向電泳以分離蛋白。雙向電泳監(jiān)測(cè)到1000多個(gè)點(diǎn),其中只有一小部分具有顯著差異。在春優(yōu)58和甬優(yōu)6號(hào)中分別找到了8和16個(gè)上調(diào)蛋白,2和11個(gè)下調(diào)蛋白。結(jié)果顯示,與NUE相關(guān)的生化途徑可能相對(duì)簡(jiǎn)單,說(shuō)明NUE易于人為調(diào)控?；谫|(zhì)譜分析結(jié)果,找到了37個(gè)蛋白點(diǎn),其中6個(gè)與脅迫誘導(dǎo)相關(guān),包括DegP2蛋白、harpin蛋白、熱激蛋白、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶(GSTF14)、類Fib