半淹涝害抑制水稻分蘖的生理机理及对产量的影响

【作者】 朱广龙； 任桢； 周桂生； Abdelbagi M.Ismail；

【机构】 扬州大学教育部农业与农产品安全国际合作联合实验室； 扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心； 国际水稻研究所；

【摘要】 【研究背景】近些年,气候变化异常,洪涝灾害频发且加剧,严重影响了农业生产和粮食安全。在我国长江中下游地区,每逢雨季、涝害泛滥(尤以半淹涝害较为普遍)、水稻产量损失惨重。水稻因具有通气组织等特殊的氧传输通道,可在20 cm以下的水层中正常生长。而当渍水深度超过25 cm时可导致其生长不良甚至死亡,即发生涝害。半淹涝害下水稻最明显的表型特征是茎秆伸长、分蘖减少,进而影响产量。然而涝害抑制水稻分蘖发生的相关生理机理仍然不清。目前,新育成的水稻品种产量潜力较高但对涝害较为敏感。对淹涝害抑制不同耐涝型水稻分蘖发生的生理机理和产量特征进行研究,可为耐淹水稻品种的选育和改良及抗逆栽培提供理论和指导;【材料与方法】本研究选取对半淹水涝害耐受能力不同的6个水稻品种(Apo、Swarna、Swarna-Sub1、Ciherang和Ciherang-Sub1为敏感型,IRRI154为耐淹型)为试材进行研究,在大田试验条件下设置0(T1)、5(T2,对照)、30(T3)和50 cm(T4)4个半淹水涝害处理,移栽后14天开始半淹水处理至成熟期。在分蘖期取样测定涝害抑制水稻分蘖相关的生理指标,成熟期测定产量与产量构成等指标;【结果与分析】在半淹水涝害胁迫下,各品种的分蘖数显著减少,而株高、茎秆伸长率、根系生物量、出叶速率、非结构性碳水化合物(NSC)含量显著增加。植株顶叶叶绿素含量高于基部叶片,随淹水深度增加,上下部叶片的叶绿素含量均降低。半淹水涝害使过氧化氢产生加剧,同时叶片与茎秆丙二醛含量显著增加,而分蘖发生部位丙二醛含量增加较为迟缓。分蘖数与株高、茎秆伸长率、出叶速率、根系生物量、叶片和根茎结合部位丙二醛含量及NSC含量呈显著负相关。在长期半淹水涝害条件下,各基因型水稻的产量急剧下降,淹水越深、降幅越大。平均来看,两年实验中T3和T4处理下产量分别下降了31.6%和43.3%,42.9%和36.8%。长期半淹水涝害导致产量的损失主要归因于穗数、每穗颖花数、总颖花数、结实率、生物量和收获指数的降低。耐淹型品种IRRI154的产量在半淹水处理下显著高于其它品种,主要归功于其较高的存活率、较多的穗数和生物量积累方面的优势;【结论】在半淹水涝害下,水稻生长过程中分蘖的发生和茎秆的伸长存在竞争与补偿的机制,大部分能量用于茎秆的伸长而避免被淹没。水稻分蘖的抑制主要是由于能量亏缺和氧化损伤所致。耐涝品种调节能量平衡和抗氧化的能力较强。在长期半淹水涝害下,水稻的生长过程与产量形成均遭受严重影响。耐淹型品种在半淹水涝害条件下表现出一定的产量优势,主要是其存活率、穗数与生物量较高。因此提高水稻的分蘖能力和生物量积累可作为选育和改良耐半淹涝害水稻品种主要方向。更多还原