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《沈阳农业大学》 2013年
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遮光对北方粳稻产量和品质的形成及其生理机制的研究

姜楠  
【摘要】:试验于2011-2012年在沈阳农业大学水稻研究所试验田进行。2011年选用粳稻品种秋光为试料,分别在分蘖期、拔节期、抽穗期和抽穗后10d四个关键生育时期研究了不同遮光处理对北方粳稻品种产量和品质的影响,探究了光照不足影响北方粳稻产量和品质的关键时期及其变化规律。2012年,在上一年试验结果基础上,选用沈农9741(直立穗型)、盐丰47(半直立穗型)和辽盐16(弯穗型)3种不同穗型粳稻品种,·对大田条件下抽穗期遮光对水稻光合生理特性、碳氮代谢及籽粒产量的影响及其生理机制进行了研究。主要研究结果如下: 1.不同时期遮光导致了水稻品种单株叶面积和地上部各器官干重的降低;分蘖期遮光导致了单株叶片重的降低幅度最大,为26.77%,而拔节期遮光主要导致了单株茎鞘重的下降,达46.02%,抽穗后遮光主要导致了穗重的降低,最大降幅约为45%左右。对各器官干物质分配比率的研究表明,分蘖期和拔节期遮光相对提高了干物质向叶重分配的比率,而抽穗后遮光降低了穗部干物质分配率,不同时期遮光并未显著改变水稻品种植株干物质向各器官分配比例,而只是延缓了各时期关键器官形态建成的速率。不同时期遮光对北方粳稻产量的影响有所不同,分蘖期和拔节期遮光后产量分别下降至8t·hm-2和7t·hm-+2左右,与对照相比最大降幅达10%以上,抽穗后遮光产量显著降低至6t·hm-2左右,最大降幅达40%以上。遮光对有效穗数的影响未达到显著水平,抽穗期以前遮光导致了每穗粒数的减少,而抽穗后遮光导致了结实率和千粒重的显著降低,这可能是遮光导致水稻产量显著下降的原因所在。抽穗期遮光导致了籽粒产量贡献最大的穗中上部产量显著降低。 2.不同时期遮光对北方粳稻品质的影响表明,不同时期和不同遮光强度下稻米的碾磨、外观和营养品质均有所下降,而遮光10d内遮光天数对稻米品质的影响不大。遮光导致了稻米外观品质显著降低;随着遮光时期的后移和遮光强度的增加,垩白粒率和垩白度呈显著的增加趋势。对不同时期遮光后稻米品质变化的研究表明,抽穗前遮光对稻米品质的影响不大,遮光对稻米品质的影响主要在抽穗后籽粒结实阶段,这也进一步说明弱光胁迫导致稻米品质下降的原因可能是籽粒灌浆充实不良所致。 3.遮光胁迫后不同穗型粳稻产量变化的结果表明,遮光后不同穗型水稻品种的产量均随遮光天数的增加而显著降低,其中以沈农9741产量的降幅最大,达45.59%,而辽盐16和盐丰47降幅基本一致,分别为40.07%和39.29%。对产量结构的分析表明,抽穗期遮光对不同穗型水稻品种每穗粒数的影响不大,未达到显著水平,但均显著降低了不同穗型品种的千粒重和结实率。总体来看,遮光对千粒重和结实率的影响以沈农9741受遮光胁迫的程度最大。 4.遮光胁迫后不同穗型粳稻叶片光合特性的结果表明,遮光导致了粳稻叶片叶绿素含量的增加,其中以对沈农9741的影响最大;同时,遮光导致了叶片净光合速率(Pn)的降低,以沈农9741的降幅最大,为49.87%,辽盐16降幅最小,为31.78%;同时,遮光也导致了粳稻品种剑叶叶片蒸腾速率与表观叶肉导度的降低,但增加了叶片胞间CO2浓度,且不同穗型粳稻品种之间差异并不显著;遮光后不同穗型粳稻叶片的原初光能转化效率(Fv/Fm)有所增加,但主要显著降低了抽穗后6d内的实际光化学效率(Yield),这说明遮光主要导致了粳稻叶片光能用于光化学反应比例的降低,而提高了光能转化为热能耗散的比例。50%遮光导致了不同穗型粳稻品种SOD、POD和CAT活性的降低,但未达到显著水平,同时遮光增加了品种MDA的含量。这说明50%遮光严重的抑制了粳稻品种叶片抗氧化酶活性,活性氧的产生超过了抗氧化酶的清除能力,进而导致膜系统被伤害,这可能也是不同穗型粳稻品种叶片光合能力下降的原因所在。遮光处理对不同穗型粳稻叶绿体结构均有较大的影响,具体表现在叶绿体外形肿胀,与对照相比出现了较多的嗜锇颗粒,类囊体垛叠程度增高且紧密,淀粉粒数目有所减少。遮光后叶绿体内细胞中胞质出现了一定程度的浓缩和周缘化,但类囊体与基粒片层结构尚为完整。遮光后不同穗型粳稻品种都呈现了一定的耐阴性,抽穗期遮光对直立穗型的影响大于对半直立穗型和弯穗型的影响。直立穗型遮光后叶片叶绿素含量的增加虽提高了吸收光能的能力,但其实际光化学效率显著降低,大部分光能转化为热能耗散。 5.遮光导致了水稻品种穗部干物质的积累降低,对单株叶重和单株茎鞘重的影响并不是一味的降低,而是因品种穗型的不同而不同。总体来讲,遮光对沈农9741的单株叶重和单株茎鞘重的影响较小,而对盐丰47和辽盐16的单株叶重和茎鞘干重的影响较大;遮光对盐丰47单株穗重的降低最小,连续遮光8d以上可显著降低沈农9741与辽盐16的单株穗重。进一步分析抽穗10d内遮光不同穗型各器官干物质分配比率的变化表明,遮光均降低了不同穗型水稻品种干物质向穗部分配的比例,随着穗部干物质分配的降低,沈农9741和盐丰47的叶片干物质分配率有所上升,而辽盐16的茎鞘干物质分配比率有所增加。 6.遮光后粳稻碳氮代谢酶活性的变化表明,遮光后水稻叶片和籽粒的SS和SBS活性均降低,导致蔗糖含量的降低,限制了叶片光合产物的输出,间接的延缓了穗部籽粒淀粉的合成。遮光对品种叶片内氮代谢酶活性的影响要大于籽粒中的酶活性,且品种之间的比较表明,遮光对沈农9741的氮代谢酶活性影响较大。遮光均导致了不同穗型水稻品种GS和GOGAT活性的降低,而增加了品种GDH的活性。
【学位授予单位】:沈阳农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:S511.22

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