水稻根系形態(tài)生理與產(chǎn)量形成的關(guān)系及其栽培調(diào)控技術(shù).pdf

1、植物根系既是水分和養(yǎng)分吸收的主要器官,又是多種激素、有機酸和氨基酸合成的重要場所,其形態(tài)和生理對地上部的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成均有重要作用。但根系作為植株“隱藏”的一半,與地上部分相比,對水稻根系形態(tài)生理及其與產(chǎn)量形成的關(guān)系了解較少。本研究以代表性水稻品種為材料,對水稻品種演進過程中根系形態(tài)生理的變化特點及其與產(chǎn)量形成的關(guān)系、超級稻品種在不同生育期根系形態(tài)生理變化特征、根系激素與強、弱勢粒灌漿的調(diào)控作用、根系形態(tài)生理的關(guān)鍵栽培調(diào)控技術(shù)

2、等進行了研究。主要結(jié)果如下:1.秈、粳稻品種演進過程中根系形態(tài)生理的變化及其與產(chǎn)量形成的關(guān)系江蘇省中秈水稻品種和粳稻品種在品種演進過程中根系形態(tài)生理的變化及其與產(chǎn)量形成的關(guān)系表現(xiàn)基本一致。在各主要生育期,根干重、根重密度、根長、根長密度和根直徑隨品種演進增加。在生長早期和中期,根系氧化力、葉片光合速率、根系總吸收表面積和活躍吸收表面積以及根系傷流液中Z+ZR含量隨品種演進增加或顯著增加。隨著品種演進產(chǎn)量逐步提高,其原因主要是每穗粒數(shù)的增

3、多導致總穎花量的增加。回歸分析表明,根干重、根長、根直徑、根系氧化力、根系總吸收表面積和根系活躍吸收表面積與產(chǎn)量呈極顯著線性正相關(guān)關(guān)系:穎花數(shù)、粒重和產(chǎn)量與根系分泌物/傷流液中有機酸和氨基酸組分和濃度顯著相關(guān)。隨品種演進,分蘗期根尖細胞中線粒體、高爾基體、核糖體和淀粉體數(shù)目顯著增多。分蘗期根尖細胞中線粒體和高爾基體數(shù)目與根干重、根系氧化力、苗干重和分蘗數(shù)呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。說明根系和地上部農(nóng)藝和生理性狀的改善,共同促進了現(xiàn)代品種尤

4、其是超級稻品種產(chǎn)量的提高。
　　 2.超級稻品種主要生育期根系形態(tài)生理特征的變化及其與產(chǎn)量形成的關(guān)系整個生育期超級稻品種的根干重、地上部干物重和根長密度顯著高于一般高產(chǎn)品種(對照)。在抽穗前和抽穗期,超級稻品種單株根系氧化力(ROA)和根中玉米素(Z)+玉米素核苷(ZR)含量顯著高于對照品種。在灌漿中后期則顯著低于對照品種。超級稻品種兩年的平均產(chǎn)量分別為10.2 t hm-2和11.4 t hm-2,分別比對照品種高13％和21

5、％。產(chǎn)量的增加主要是由于庫容量(總穎花量)的增大。超級稻兩年的平均結(jié)實率分別為72.9％和79.0％,顯著低于對照品種。相關(guān)分析表明,在灌漿期,ROA以及根中Z+ZR含量與結(jié)實率顯著相關(guān)。表明超級稻具有較高的根干重、地上部干物重和根長密度以及生長早中期較高的單株ROA和根中Z+ZR含量,這些都促進了庫容和產(chǎn)量的提高;通過提高灌漿期根系活性來提高結(jié)實率,有望進一步實現(xiàn)超級稻增產(chǎn)潛力。
　　 3.亞種間雜交稻根系和籽粒中激素與花后強

6、、弱勢粒灌漿的關(guān)系與強勢粒及亞種內(nèi)雜交稻的弱勢粒相比,兩個亞種間雜交稻組合弱勢粒的胚乳細胞分裂速率低、籽粒灌漿慢。在灌漿前期,亞種間雜交稻組合弱勢粒中赤霉素(Gas)含量較高,而細胞分裂素[玉米素(Z)+玉米素核苷(ZR)]、吲哚-3-乙酸(IAA)和脫落酸(ABA)含量較低。胚乳細胞的分裂速率和籽粒灌漿速率與根系和籽粒中z+ZR和ABA含量及籽粒中IAA含量呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系,而與根系和籽粒中Gas含量及根系中IAA含量的相關(guān)性

7、不顯著。對穎花噴施激動素、IAA或ABA以及對根系施用激動素和ABA,促進了弱勢粒胚乳細胞分裂速率和灌漿速率。說明根系和籽粒中較低的Z+ZR和ABA含量以及籽粒中較低的IAA含量可能是導致亞種間雜交稻弱勢粒充實不良的重要原因。
　　 4.灌溉方式對水稻根系形態(tài)生理、產(chǎn)量和米質(zhì)的影響
　　 4.1結(jié)實期干濕交替灌溉對水稻根系形態(tài)生理和產(chǎn)量的影響于抽穗后6天至成熟進行了輕干—濕交替灌溉(WMD)、重干—濕交替灌溉(WSD)和

8、常規(guī)灌溉(CI,保持水層)3種灌溉方式處理。開花較早的強勢粒的籽粒灌漿速率、粒重和Z+ZR含量在3種灌溉方式處理間無顯著差異。與CI相比,WMD處理顯著增加了弱勢粒的籽粒灌漿速率和粒重,而WSD處理的結(jié)果則相反。WMD處理在土壤落干期,弱勢粒和劍葉中Z+ZR含量與CI相比無顯著差異,但復水后WMD處理的Z+ZR含量顯著增加。在WSD處理下,弱勢粒和劍葉中Z+ZR含量不論是土壤落干期還是復水期都顯著下降。WMD與CI處理的根系中Z+ZR含

9、量無顯著差異。WSD處理顯著增加了根系中Z+ZR含量,而顯著降低了根系中異戊烯基腺嘌呤(iP)和異戊烯基腺苷(iPR)含量。弱勢粒的籽粒灌漿速率和粒重與Z+ZR含量呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。以上結(jié)果表明,抽穗后輕干—濕交替灌溉通過提高水稻弱勢粒和劍葉中Z+ZR含量,進而促進了弱勢粒的籽粒灌漿。
　　 4.2結(jié)實期干濕交替灌溉對稻米品質(zhì)的影響在WMD處理下,籽粒灌漿后期的根系氧化力、劍葉光合速率和籽粒中蔗糖—淀粉代謝途徑關(guān)鍵酶活性

10、顯著增加,而WSD處理的結(jié)果則相反。與CI相比,WMD處理的產(chǎn)量增加了9.3～9.5％,而WSD處理的產(chǎn)量降低了7.5～7.8％。WMD處理顯著改善了稻米的加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)和食味品質(zhì),而WSD處理顯著降低了稻米品質(zhì)。說明結(jié)實期輕干—濕交替灌溉不僅可以提高水稻產(chǎn)量和改善稻米品質(zhì),而且還可以節(jié)約寶貴的水資源。
　　 4.3全生育期干濕交替灌溉對水稻根系形態(tài)生理和產(chǎn)量的影響在全生育期進行WMD、WSD和CI3種灌溉方式處理。與CI相

11、比,WMD處理顯著增加了根系氧化力、根葉穗中的細胞分裂素含量、葉片光合速率、籽粒中蔗糖—淀粉代謝途徑關(guān)鍵酶活性和產(chǎn)量,而WSD處理的結(jié)果則相反。WMD和WSD處理均提高了水分利用效率。說明全生育期輕干—濕交替灌溉促進了根系生長,有利于其它生理過程,進而提高了產(chǎn)量和水分利用效率。
　　 5.養(yǎng)分管理和栽培模式對水稻根系形態(tài)生理和產(chǎn)量的影響
　　 5.1實地氮肥管理進行實地養(yǎng)分管理(SSNM,因地、因苗、因種施肥)和習慣施肥

12、(FFP,對照)兩種養(yǎng)分管理。抽穗前的根干重,FFP處理大于SSNM處理。在抽穗期及抽穗后,SSNM處理的根重大于FFP處理。SSNM處理提高了水稻整個生育過程的根—冠比。SSNM處理的水稻根系氧化力自幼穗分化期開始(尤其是單莖根系氧化力)均高于FFP處理。SSNM處理提高了抽穗后水稻劍葉光合速率。與FFP相比,SSNM處理的產(chǎn)量提高了7.2～9.4％,氮肥利用效率(氮肥偏生產(chǎn)力,產(chǎn)量/施氮量)增加了38～46％。表明SSNM促進生育后

13、期根系生長是其提高產(chǎn)量和氮肥利用效率的一個重要原因。
　　 5.2餅肥和無機氮肥配施進行不施氮肥(T1)、施用無機氮(T2)、施用餅肥(T3)和餅肥與無機氮肥配施(T4)4種處理。各處理產(chǎn)量的高低表現(xiàn)為:T4＞T2＞T3＞T1,4個處理間產(chǎn)量差異顯著。T4處理顯著增加了穗數(shù)、結(jié)實率、千粒重和收獲指數(shù),顯著提高了抽穗期有效葉面積和高效葉面積、灌漿期葉片葉綠素含量和光合速率以及各主要生育時期的根干重、根長、根系氧化力、根系傷流量、根

14、系總吸收表面積和活躍吸收表面積。表明餅肥與無機氮肥配施可以促進根部生長,進而促進地上部生長并提高產(chǎn)量。
　　 5.3高產(chǎn)高效栽培進行高產(chǎn)高效栽培(以實地養(yǎng)分管理和輕干—濕交替灌溉為核心技術(shù)的高產(chǎn)與水分養(yǎng)分高效利用的栽培技術(shù)體系)和當?shù)馗弋a(chǎn)栽培(對照)兩種處理。與當?shù)馗弋a(chǎn)栽培相比,高產(chǎn)高效栽培增加了根系和地上部植株干物重、提高了根系細胞分裂素含量和根系氧化力。高產(chǎn)高效栽培的產(chǎn)量較對照增加了31％,并且顯著提高了氮肥和水分利用效率。