超级稻对光逆境的适应和光能转化特点

【摘要】： 作者用简易的人工光氧化和遮荫技术对45个水稻材料进行筛选，鉴定，同时选取我国不同生态地区的6个高产稻为材料，主要运用叶绿素荧光技术，从群体、个体以及不同生育期，重点在水稻产量形成的关键时期(孕穗期和抽穗期)，分析其光能转化的特点，解析现有高产稻的光合功能，探讨早衰的发生机制，从光合生理的角度，提出预防早衰的原则和策略，以期为水稻高产育种提供生理依据。 用简易的人工光氧化和遮荫技术对45个水稻材料进行筛选，鉴定出既耐光氧化又耐荫、耐光氧化不耐荫、耐荫不耐光氧化，既不耐荫又不耐光氧化等4种品种类型。并用既耐光氧化又耐荫的品种武育粳3号和对光氧化和遮荫均敏感的品种香籼进行光合特性研究，结果表明：与对光氧化和遮荫敏感的品种香籼比较，既耐光氧化又耐荫的品种武育粳3号在光抑制件下(数小时)PSⅡ活性，PSⅡ光化学效率(Fv／Fm)，PSⅡ-D_1蛋白含量降低较少和C_4光合酶的高诱导活性，光合作用光抑制较轻；在光氧化条件下(几天)，诱导活性氧清除酶SOD活性增高，活性氧O~-积累少，因而叶绿素衰减较慢。在遮荫件下，武育粳3号的Rubisco活性和RubiscoBP的含量降低较少，光合、光合生产力较高。上述研究为水稻育种提供了配套的优良生理特性的鉴定技术和生理依据。 以籼型杂交稻汕优63，中粳9516，亚种间两系杂交稻培矮64S／E32，培矮64S／9311和X07S／紫恢100，以及三系杂交稻冈优881为材料，测定其群体的光能转化特点，结果表明：高产品种的群体光能分配虽具有分层的特点，但总的来说，除培矮64S／E32的株型显著改善，其他品种间差别不大，说明通过常规育种改善冠层结构和增加群体的光合面积以提高群体光合能力已很困难，必须另辟悉径。进一步系统研究上述品种在孕穗期连体倒二叶片功能叶)的荧光参数的日变化，并解析了它们与耐光氧化和耐荫特性的关系。结果表明：6个水稻品种叶片的原初光化学效率(Fv／Fm)，实际光化学量子产量(φPSⅡ)和通过PSⅡ的电子传递速率(ETR)的日变化与光强有关。在强光下，PSⅡ功能下调，中午有明显的光抑制。适应强光的品种，光抑制较轻，遮荫处理后叶片的荧光参数下降较多，适应低光强的品种与其相反。亚种间杂交稻培矮64S／E32在自然条件下和遮荫后的植株叶 李霞 南京农业人学博士论义 超级稻对光逆境的适应和光能转化特点 片的荧光参数的日变化数值接近，是既耐荫又耐光氧化（适应 广幅光强）的类型。统计分析表明：ETR 和FV／FV 是与水稻产 量稳定密切相关的生理指标。最后在生育后期（抽穗一成熟）自 然条件下研究了上述6供试品种剑叶的叶绿素衰减、CO。交换、 叶绿素荧光参数和膜脂过氧化表现。结果表明：水稻在生育后 期伴随叶绿素衰减，其叶内 6勺 ＊ ／F m、h P S 11、E T R都有相应地 下降，这种光能转化的障碍使多余的光能产生 O厂，友生膜脂过氧 化和MDA 的积累，引起光合色素及光合膜的破坏，发生光氧化 早衰。这种现象在品种间有明显差异，耐光氧化的粳稻9516， 其十内的Fv／Fm、h PS 11、ETR、光！匕学碎灭参数（qP）下降较 少，具有较稳定的光能转化能力，不易早衰，具有较高的结实率； 而对光氧化 敏感的私稻 汕优 63其十内的 Fv／Fm，中 PS 11，ETR，qP 下降较多，易发生膜脂过氧化，导致叶片早衰，影响水稻灌浆结 实和产量；而二系的和三系的杂交稻的耐光氧化特性和早衰表现 居于中间。从水稻超高产育种的角度出发，在目前株型良好的基 础上，兼顾杂种优势和防止早衰两方面考虑，在母本中利用粳型 或带有粳型基因的不育系是育种上一个值得重视的策略。 重点研究了两系法亚种间超级杂交稻“两优培九”在抽穗期 的光合生理表现，分析其高产的生理基础。结果表明：与汕优63 相比，两优培九具有较高的叶绿素含量和PS 11活性，并在不同光 强下都有较高的光合速率；在晴天中午强光下，F v仔 m 下调较少， q P 较高，表现为光合作用光抑制较轻，在高光强逆境下仍有较多 的光能转化为化学能；在光氧化条件下，两优培九叶绿素含量下降 较少，表现为耐光氧化；在遮荫条件下；生物学产量（干重）降 低较少，表现耐荫。上述生理特性可能是两优培九实现超高产的 重要生理基础。 综上所述，超级稻群体的光能分配虽具有分层的特点，但总 的来说，除培矮645门32的株型显著改善，其他品种间差别不大； 在孕穗期连体倒二叶片在中午强光下，PS 11功能下调，中午有明 显的光抑制。适应强光的品种，光抑制较轻，遮荫处理后叶片的 荧光参数下降较多，适应低光强的品种与其相反水稻在生育后期 伴随十绿素衰减，其十内 勺 ＊／Fm、h PS 11、ETR老有相 应地下 降，这种光能转化的障碍使多余的光能产生 O厂，发生膜脂过氧化 和 MDA 的积累，引起光合色素及光合膜的破坏，发生光氧化早 衰。这种现象在品种间有明显差异，耐光氧化的粳稻9516，其 3 李霞 南京农业大学博士论文