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长江中游粳稻生态适应性差异及其机理研究

涂德宝  
【摘要】:近年来湖北、安徽等长江中游地区推行水稻“籼改粳”工程,然而很多中粳品种引入长江中游稻区种植后,由于品种生态适应性差异,导致其产量表现不稳定以及品质变差等问题,严重制约了长江中游稻区粳稻的发展。因此,明确粳稻在长江中游稻区生态适应性差异及其机理,对于稳定和保障长江中游粳稻优质高产生产具有十分重要的意义。本研究于2014-2018年在湖北省襄阳、枣阳、随州、荆门、公安、武穴6个典型生态点以5种类型水稻(常规粳稻、杂交粳稻、籼粳杂交稻、杂交籼稻和常规籼稻)为对象开展分期播种试验。于2017-2018年在湖北枣阳、安徽六安以及江苏扬州以7种优质粳稻品种(南粳9108、粳565、丰粳3227、武运粳80、皖垦粳2号、甬优4949和粳两优4466)为对象开展区域对比试验。进行不同生态区和不同播期条件下粳稻生长发育、产量、品质以及源库关系等方面差异的研究,明确其主要气象影响因子,并进一步分析研究源库特征变化以及灌浆期高温对粳稻品质形成的作用机理。主要研究结果如下:(1)长江中游稻区粳稻生育进程表现出随播期推迟播种-抽穗天数明显缩短,而抽穗-成熟天数延长,不同区域抽穗-成熟天数差异显著。随播期推迟粳稻播种至抽穗天数缩短极差值可达30天,抽穗-成熟天数延长极差值可达15天。不同区域粳稻抽穗-成熟天数极差可达27天。导致生育进程明显变化的主要因子为温度,相关性分析结果表明播种-抽穗天数与营养生长期平均温度(VT)和花前平均温度(FT)呈显著负相关关系,同时抽穗-成熟天数与灌浆期平均温度(GT)呈显著负相关关系。(2)长江中游稻区,粳稻区域不同播期平均产量差高达2 t hm~(-2)-4 t hm~(-2),不同播期产量差高达1.1 t hm~(-2)-3.5 t hm~(-2),不同区域选择适宜播种期可提高产量和缩小产量差。研究发现粳稻产量与VT和GT显著负相关,相关系r分别为-0.285**和-0.269**(n=96)。本研究发现当21.5℃VT24.2℃搭配21.7℃GT25.6℃情况下可获得较高粳稻产量。(3)在长江中游稻区,不同播期和不同区域粳稻品质存在显著差异。不同播期粳稻品种整精米率差异范围为4.9%-40.9%;垩白粒率差异范围为4.3%-34.5%以及垩白度差异范围为1.3%-34.8%。相关性结果表明粳稻的整精米率与GT显著负相关。同时淀粉RVA特征值中峰值黏度、崩解值以及消减值与GT显著正相关。进一步研究结果发现,相对于适温灌浆期高温可诱使粳稻垩白粒率增加8.0%-41.5%,诱使垩白度增加1.2%-25.8%左右,显著增加了稻米糊化温度,同时降低直链淀粉含量。灌浆期高温主要是通过影响植株叶鞘中干物质以及非结构性碳水化合物向籽粒中转运以及影响籽粒中淀粉分支酶活性,造成籽粒灌浆速率变慢,最终导致籽粒重量降低,进而导致籽粒垩白的显著增加以及淀粉特性变差。(4)源库关系数据结果表明,在长江中游稻区,随着播期的推迟,粳稻的品种出现源显著变小,叶库比和茎库比显著变小。研究表明粳稻叶面积和比叶重与VT、FT以及幼穗分化期平均温度(RT)呈显著和极显著负相关性。进一步研究源库关系对粳稻品质形成机理发现,叶面积指数较高、比叶重较大、叶库比以及茎库比相对较大的较优源库关系可显著的提高粳稻稻米品质。主要表现为粳稻蛋白质量分别下降0.93%-1.07%,垩白度降低4.7%-22.4%,垩白粒率有降低趋势,糊化温度显著降低,总淀粉含量增加4.6%-6.2%,食味值显著提高。同时发现比叶重与水稻产量极显著正相关。研究表明,较优的源库关系有利于提高净同化率,促进茎鞘干物质转运,延长灌浆活跃生长期。从而提高籽粒的最终粒重,促进了籽粒淀粉的合成,显著提高稻米品质。综上所述,粳稻品种在长江中游稻区不同生态区以及不同播期条件其生长发育、产量、品质以及源库关系存在显著差异。差异的形成主要与花前温度(尤其是VT)和灌浆期温度(GT)密切相关。本研究当21.5℃VT24.2℃搭配21.7℃GT25.6℃情况下可获得较高粳稻产量,同时根据源库关系与VT和品质的相关性以及GT与品质的相关性。我们认为在这一温度范围内可同时获得较高的产量和较优的稻米品质。根据这一发现,在粳稻种植生产实践中,可综合当地连续多年气象资料检索结果,作为确定长江中游稻区选择适宜品种和适宜播种期的参考依据。


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