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        《華中農業大學》 2012年
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        Ecotypic and Genotypic Variation in Rice Yield and Quality in Response to Different Elevated Temperatures

        Farooq Shah(法魯克)  
        【摘要】:隨著全球氣溫升高,高溫已經成為限制作物產量及其品質提升的一個重要因子之一。同時這也也給水稻生產以及稻米品質相關性狀帶來了嚴重的負面影響。目前,高溫對水稻產量及品質的相關研究主要集中在人工氣候箱中進行,而在大田條件下,有關水稻在高溫條件下的農藝性狀表現特征以及應對高溫環境的相關策略研究則鮮有報道。植物生長調節劑如甜菜堿、水楊酸和抗壞血酸等能夠提高作物對非生物脅迫的抗性。因此可以推測植物生長調節劑可以提高水稻對高溫的忍受能力,從而提高水稻產量和品質。另外,同一穗上不同粒位的穎花對高溫以及植物生長調節劑的響應機制可能不同。基于該假設,本論文基于大田和人工生長箱條件下,研究不同類型水稻品種在不同形式高溫處理下的產量和品質變化特點;植物生長調節劑緩解高溫脅迫能力以及抗氧化酶響應分析;同一穗上不同粒位穎花對高溫和植物生長調節劑的響應機制研究。 大田試驗于2009和2010年在華中農業大學校內大田試驗基地進行。主要研究高溫處理(包括全天高溫、高日溫、高夜溫)對水稻農藝性狀(產量及產量構成因子)和稻米品質(粒型、蛋白質含量、直鏈淀粉含量和堊白度)的影響。供試材料為不同類型的粳稻和秈稻品種。高溫處理在水稻孕穗至成熟期進行,加溫裝置由多個加熱器和鼓風機組成,它可以使大田環境溫度升高2℃左右。關于生長調節劑緩解高溫脅迫以及對產量和品質的影響研究主要在2010年大田實驗的基礎上進行微區處理,并且本研究將穗子分為上中下三個部位,研究秈粳稻不同粒位對高溫和植物生長調節劑的響應機制的異同。同時也在人工氣候箱環境條件下驗證高夜溫與外施抗壞血酸對水稻抗氧化酶系統和養分含量的影響,供試材料為秈稻品種Kasalath和粳稻品種日本晴。主要研究結果如下: (1)與白天高溫和夜間高溫相比,全天高溫對水稻生長的危害最大,它顯著地降低了水稻的產量、產量構成因子、生物量和收獲指數。在2009年,全天溫度升高2℃會導致秈稻和粳稻產量分別下降16.3%和26.6%;而在2010年分別下降了21.3%的40.32%。2009年,高日溫分別使秈稻和粳稻品種產量下降4.1%和4.0%,2010年分別下降了3.2%和9.1%。同樣,在2009年,高夜溫分別使秈稻和粳稻品種產量下降了0%和10.1%,在2010年分別下降了16.9%和45.3%。在2009年高日溫處理下生物量減少,減少幅度要比高夜溫條件下大;而2010年的高日溫和高夜溫處理對生物量減少的程度間沒有顯著差異。在兩年里,與高日溫相比,高夜溫對結實率和收獲指數的負面影響更大。從二年的產量和產量構成因子角度考慮,粳稻對高溫的響應要比秈稻敏感,并且不同類型水稻品種受高溫的影響表現出顯著的基因型差異。 (2)從外觀品質上看,高溫使得大部分水稻品種的粒型變小、堊白增加。不同生態類型水稻品種(秈稻和粳稻)的外觀品質受不同溫度處理的影響也不相同。兩年的平均數據表明,與常溫對照相比,全天高溫使秈稻的粒長、粒寬和籽粒面積分別下降了0.33,1.82和2.16%,使粳稻的粒長、粒寬和籽粒面積分別下降了1.72,2.23和3.96%。相反,與常溫對照相比,全天高溫使秈稻和粳稻的平均長寬比分別提高了1.56和0.56%。對于粳稻品種來說,晚間高溫對籽粒長寬比的增加幅度大于全天高溫處理。而且與常溫對照相比,全天高溫使秈稻和粳稻的平均堊白粒率分別增加了16.65和17.85%,平均堊白面積分別增加了53.3和63.9%。然而,不同溫度處理對不同類型水稻品種的蛋白質含量、直鏈淀粉含量、消堿值、碾磨品質和整精米率的影響均沒有表現出一致的規律。從所考察的指標來看,與秈稻品種相比,粳稻品種熱敏感指數(HSI)較高,它對溫度更為敏感。 (3)植物生長調節劑明顯提高水稻耐高溫脅迫能力。并且水楊酸提高水稻耐高溫脅迫能力要優于甜菜堿。在高溫條年下,與對照相比,水楊酸處理可以減少堊白,增大粒型。而甜菜堿處理對緩解高溫脅迫的作用沒有表現出一致性,它受不同品種的影響較大,并且在不同高溫處理條件下一致性較差。 人工氣候箱試驗研究表明,Kasalath(秈稻)和日本晴(粳稻)對高夜溫和抗壞血酸的響應有很大的相似性。在高夜溫處理下,兩個品種丙二醛的含量都有所增加,而外施抗壞血酸均可以降低丙二醛的含量,使其達到正常夜溫條件下的水平。根和地上部鈉離子和鉀離子的濃度在高夜溫條件下增加,而外施抗壞血酸可以降低鈉離子和鉀離子的濃度。與對照相比,高夜溫提高了過氧化氫酶和過氧化物酶活性,同時外施抗壞血酸也會使這二種抗氧化酶的活性降低。過氧化物酶對高夜溫的反應要比過氧化氫酶更敏感,抗壞血酸對過氧化物酶的作用也要比對過氧化氫酶更大。從本研究的結果看,盡管外施抗壞血酸可以緩解高夜溫對水稻生長的負面影響,但是關于在高夜溫下外施抗壞血酸的作用機理還需要進一步的驗證,如有必要對品種間差異、不同抗壞血酸施用量以及不同施用時期作具體的研究。 (4)高溫處理下穗長有所增加,尤其是在高日溫條件下。在穗中部,籽粒的著生密度最大,占總粒數的40%以上;穗上部和穗下部籽粒的著生密度較少,不足30%,這一特性受溫度處理和生長調節劑的影響較小。在不考慮溫度處理的情況下,穗上部的籽粒最重、中部次之、下部的最輕。與高日溫和常溫對照相比,全天高溫和高夜溫處理使粒重減小。各品種穗上不同部位穎花的育性存在著較大的差異。在所有的高溫處理中,兩個秈稻品種(DTWX和ZX232)穗上部穎花的育性較高,其次分別是穗中部和穗下部穎花。而對于兩個粳稻品種(JWR221和ZH8),結果正好相反,穗下部穎花育性最高,其次分別是穗中部和穗上部。生長調節劑對某些水稻品種穗中部的籽粒重量有較大影響,明顯提高穗中部籽粒的粒重,使其達到穗上部優勢粒的水平。另外,植物生長調節劑在一定程度上降低了溫度處理間的差異。基于高溫敏感指數,穗上部籽粒耐高溫脅迫的能力要比穗中部和穗下部籽粒強。 綜上,本研究重點闡述了高溫對水稻產量和稻米品質的負面影響,闡明了不同秈粳稻品種對高溫敏感性存在較大差異,同時驗證了不同生長調節劑對高溫脅迫的緩解作用。將來的研究需要進一步利用基因多樣性,并通過不同品種在高溫下生理適應機制來維持水稻在氣候變暖條件下的生產能力。
        【學位授予單位】:華中農業大學
        【學位級別】:博士
        【學位授予年份】:2012
        【分類號】:S511

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