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《吉林农业大学》 2008年
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吉林省水稻品种遗传改良过程中农艺性状及生理特性的变化

武志海  
【摘要】: 水稻品种遗传改良导致了产量大幅增加,可是世界水稻产量增幅由20世纪80年代的3.7%下降到90年代的0.9%,产量增加速度在变缓。为了打破产量增加的瓶颈,人们开始关注水稻株型与生理特性对产量的作用,而且在不同水稻生态区域提出了不同的理想株型。目前吉林省尚缺乏对水稻理想株型和生理特性的系统研究。本研究试图通过对吉林省过去47年间(1958—2005)育成水稻品种的产量、农艺性状和生理特性变化的研究,确定吉林省水稻品种的理想株型,提出吉林省水稻下一步高产育种和栽培实践的基本策略。 本研究于2006年和2007年在吉林农业大学水稻试验田进行,选择吉林省从1958年—2005年育成的33个不同年代的水稻品种,代表吉林省过去47年间水稻遗传改良中被选育成的品种,采用随机区组设计,研究其产量、产量构成、农艺性状、干物质生产特性、叶片光合特性及叶片衰老过程中保护酶活性和叶绿素荧光的变化,结果表明: 1、吉林省水稻品种在过去47年的品种改良过程中,产量从1958的6741.86 kg·hm~(-2)年增加到2005年的12178.35 kg·hm~(-2),呈线性增加,平均年递增率为1.72%。90年代以来产量增加变缓,年增幅仅为0.35%。每穗粒数、每平方米粒数和结实率随育成年代增加呈极显著增加;穗数与育成年代呈多项式增加变化,1990年以前育成品种穗数随育成年代增加而显著增加(r=0.63~(**)),1990年以后育成品种穗数随育成年代增加而减少(r=-0.31);千粒重与育成年代无显著相关。1990年以后产量的缓慢增加与穗数减少导致的每平方米粒数增加不显著有关。从物质生产看,1990年以前育成的品种产量的增加与收获指数的增加有关(r=0.73~(**));而1990年以后育成的品种产量的增加主要与生物量的增加显著相关(r=0.68~(**))。因此进一步增加产量应以选育生物量较大的品种,适当增加品种穗数,继续增加每穗粒数来扩大库容为主。 2、在品种遗传改良过程中,株型发生了显著变化。随育成年代增加,株高和茎叶夹角显著降低;第一、二、三节间长显著减少,第四节间降低不显著;各节间直径有增加趋势但不显著;单穗重和分蘖成穗率显著增加;穗长变化不显著;抽穗期显著推迟;灌浆期后LAI显著增加。1990年以前育成品种的株高与产量和生物量均呈负相关(-0.67~(**)和-0.08),而1990年以后育成品种的株高与产量和生物量均呈正相关趋势,相关系数为0.28和0.12。因此我们认为吉林省下一步超高产育种和栽培实践中应适当增加株高(97—102cm)和茎粗,继续提高单穗重和分蘖成穗率,增加生育后期LAI。 3、在品种遗传改良过程中,干物质生产也发生了显著变化。随育成年代增加,抽穗前生物量减少,抽穗后生物量显著增加。整个生育期品种的日干物质生产能力随育成年代的增加而显著增加。抽穗后干物质生产量与产量和收获时生物量呈显著正相关。分蘖期单茎干重随育成年代减少但不显著,抽穗期后单茎干重均随育成年代增加而增加,乳熟期和成熟期增加显著。抽穗后的单茎干重与产量呈显著正相关,与茎蘖数呈显著负相关。分蘖至抽穗前叶片净同化率随育成年代的增加而极显著增加,且与产量、每穗粒数和每平方米粒数呈显著正相关。因此,提高抽穗前叶片的净同化率有助于扩大水稻品种库容,增加抽穗后干物质生产能力可增加生物量而进一步增加产量,单茎重可作为一个衡量群体结构是否适宜的较好指标。 4、在品种遗传改良过程中,品种的叶片光合特性也发生了相应变化。灌浆期和乳熟期水稻品种剑叶的净光合速率(Pn)随育成年代增加而显著增加,抽穗期变化不显著。且Pn的增加主要与品种表观叶肉导度(Pn/Ci)的增加所引起的,与气孔导度(Gs)的提高相关性较小。从蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)上的变化上可发现,老品种的旺盛生长期在抽穗期,新品种在灌浆期。新育水稻品种Pn对光和CO_2的响应能力有一定增强。产量与剑叶的叶源量(LSC)和齐穗后持续叶面积(LAD)呈显著正相关(0.46~(**),0.41~*)。灌浆期和成熟期剑叶叶绿素含量(Ch1)与产量相关达显著水平<0.39~*和0.43~*),与Pn相关性不显著。剑叶可溶性糖和可溶性蛋白含量与产量相关不显著,与Pn的相关性也不显著。因此,齐穗后20天剑叶的Pn和Ch1可作为鉴别品种光合功能期及光合能力的简易指标。下一步超高产育种应注重在扩库的基础上增源,筛选光合功能期长和生育后期高Pn和Ch1含量品种,增强品种生育后期源的供应能力。 5、在品种遗传改良过程中,叶片的衰老速度也不伺。随品种育成年代增加,剑叶衰老变缓。表现为剑叶MAD含量随育成年代减少,SOD、CAT活性随育成年代增加而增加。髓品种育成年代增加,剑叶光适应条件下的Fv′/Fm′、Φ_(PSⅡ)、qP和ETR增加,即PSⅡ的激发能捕获效率、光化学量子效率度、反应中心的开放程和电子传递速率都增加。这表明新育成品种叶片衰老速率明显慢于老品种。光适应条件下的荧光参数可作用检测剑叶光合作用能力的指标之一。 综上所述,本研究认为吉林省下一步水稻超高产育种和栽培的基本策略应为“扩库增源”,即在扩库的基础上增加源韵供应能力。通过适当增加穗数,继续增加每穗粒数,提高分蘖成穗率来扩大品种库容;通过筛选光合功能期长、生育后期LAI大、齐穗后20天剑叶Pn和Ch1含量高、叶片衰老慢的品种增加源—叶片的:光合产物供应能力,从而增加总生物量。构建吉林省超高产水稻“理想株型”是实现“扩库增源”策略的必由之路。
【学位授予单位】:吉林农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:S511.03

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