灌浆期增温对小麦籽粒结实及品质的双向效应及与施氮量的关系

为了解长江流域小麦灌浆期的"高温逼熟"效应,采用新近发明的田间可移动式增温设施,在大田条件下于开花后对小麦进行了连续21d的"偏高"温度处理(冠层平均增温5.6℃),并调查高温胁迫下小麦籽粒结实和品质的变化及与氮素营养的关系。结果表明,高温胁迫后,在施氮0、135、180和225kg·hm-2条件下,小麦穗粒数较对照(自然温度)分别减少-6.0%、10.7%、11.3%、11.6%,千粒重分别下降15.7%、18.9%、23.5%、15.7%;籽粒蛋白质含量分别增加了22.4%、27.5%、28.3%、19.6%,湿面筋含量和沉降值分别提高了14.6%、17.1%、17.7%、18.1%和23.4%、17.5%、29.0%、21.8%,面团的形成时间和稳定时间分别延长了12.1%、259.5%、398.2%、322.6%和172.2%、232.5%、220.1%、72.2%。高温与施氮的互作效应只在蛋白质含量、吸水率、面团形成时间和稳定时间上达到显著或极显著水平,适量施氮会增强高温对蛋白质含量、面团形成时间和稳定时间的提高作用,减弱高温对吸水率的降低效应。可见,开花后连续高温对小麦籽粒结实和粒重产生负面影响,但对品质具有一定的改善效应。

2011年江汉平原高温干旱天气对油菜千粒重的影响

2011年3～5月间江汉平原遭遇罕见的高温干旱天气。采用大范围多点田间取样和气候条件比对分析方法,探讨了该天气对江汉平原油菜(Brassica napus L.)千粒重的影响。结果表明,2011年4月下旬至5月中旬的日平均气温与前50年同期日平均气温相比提高3.8℃,4月上旬至5月上旬降雨量平均降低16.2 mm,4月中旬至5月上旬空气相对湿度平均降低5.7个百分点。在此条件下,江汉平原油菜千粒重普遍降低,降低田块数占被调查田块数的62%左右,水田和旱田千粒重分别降低0.527 g和0.390 g。千粒重降低的原因主要与油菜灌浆结实期间的气温异常升高有关,而与土壤水分关系不密切,但不能排除空气湿度明显降低的负面影响。

大穗型水稻品种在不同播期条件下的品质表现

以6个大穗型水稻品种为试验材料,于2013年在长江大学试验农场进行分期播种,研究不同播期下各水稻品种的品质差异,探讨灌浆结实期的气象因子与水稻主要品质指标的相关性。不同播期处理下各水稻品种的加工品质和外观品质差异显著,垩白粒率、垩白度变异最大,其次是整精米率,糙米率和长宽比的变化最小。随着播期的推迟,高温危害日数逐渐降低,加工品质和外观品质逐渐变优,播期过迟品质变差,温度敏感型品种湘恢210和K106表现得更加明显。整精米率对结实期高温反应的敏感性大于低温,敏感温度区段为日均温度27.7-30.0℃。高温和低温均会导致垩白增加,但前期高温后期低温垩白明显降低。

外源硅减轻高温引起的杂交水稻结实降低

选用硅酸钠(Na2SiO3·9H2O)为硅源,于大田条件下对耐热性不同的2个杂交水稻组合在拔节期连续3次喷施4个浓度水平(T-CK,0mmol/L;T-1.25,1.25mmol/L;T-2.50,2.50mmol/L;T-3.75,3.75mmol/L)的外源硅,研究施硅对花期自然高温和自然常温下杂交水稻柱头授粉性能、花药开裂性能和受精率的影响,并筛选适宜浓度的硅酸钠施用方案。结果表明,在田间高温条件下,与T-CK相比,施硅处理(T-1.25、T-2.50和T-3.75)使热敏感组合金优63和耐热组合汕优63的颖花受精率分别提高10.6和4.7百分点(绝对值);花药基部开裂宽度分别增加19.0%和10.3%(相对值);每柱头花粉萌发数增加16.9%和39.6%;授粉总数分别增加3.4%和30.5%;花粉萌发率上升11.3和7.0百分点;花粉萌发数大于10粒的小花的占比上升9.3和27.6百分点;花粉总数小于20粒的小花占比下降18.8和8.1百分点(相对值)。经对两个组合在常温和高温下施硅的花药发育及授粉特性的解析,初步认为外源硅对水稻授粉性能有综合提高作用,但比较而言,其作用可能主要与提高花粉发育质量有关,而提高授粉总数和改善花药裂药性能也有一定的辅助作用。此外,外源硅施用对高温敏感组合效果更佳,其适宜的喷施浓度为2.50mmol/L。

大穗型水稻结实率和千粒重对气象因子的响应

选取6个大穗型水稻(Oryza sativa L.)品种为材料,分期播种,考察大穗型水稻品种的结实率和千粒重对环境的响应以及与生育期间气象因子的相关性。结果表明,随着播期的推迟,结实率逐渐降低,千粒重呈现出先升后降的趋势。结实率主要受盛花当天和开花前后2 d和3 d这个时间段的温度及日照时数的影响,千粒重主要受减数分裂期的温度和灌浆期的温度和日照时数的影响。结实率与开花前后2 d和3 d的温度和日照时数呈显著正相关,千粒重与减数分裂期日最高温度和高温日数呈显著负相关。千粒重受气象因子的影响较结实率小,且均存在品种间差异。综合分析结实率和千粒重两个指标,筛选出两个综合表现较好,在长江流域地区有发展潜力的大穗型水稻品种,即R-2和J1307。研究结果为进一步深入研究大穗型水稻品种的结实机理,筛选、推广和合理种植大穗型水稻品种提供了理论依据。

立丰灵防止杂交水稻倒伏的大面积示范效果

选取荆州市具有代表性的4个水稻生产区域(监利、江陵、松滋、公安)进行大面积示范和小面积对比试验,探讨水稻抗倒剂立丰灵在大面积水稻生产上的推广应用效果。立丰灵均在水稻拔节期前1周施用,用量为450 g/hm2,对照试验喷施等量清水。结果显示,喷施立丰灵的大面积示范区水稻基部节间缩短增粗,并未出现水稻倒伏现象,江陵县对照试验中未喷施立丰灵的对照组水稻植株出现倒伏现象。以上结果表明立丰灵在大面积推广示范中具有良好的防止水稻倒伏的效果。

中粳在江汉平原的适宜栽培期研究

采用大田试验方法,以淮稻5号、津稻263、盐粳7号、镇稻99、徐稻4号和金粳1号为试验材料,分5期播种,研究了不同播期条件下各品种的生育期、产量和品质变化,探讨用粳稻做中稻在江汉平原的适宜栽培期。结果表明,供试品种全生育期随播期推迟而缩短。各期产量受播期影响较小,产量构成要素中,各品种不同播期条件下毎穗总粒数差异不显著,结实率整体随播期推迟升高,千粒重变化较小。稻米品质随播期的推迟无显著变化,稻米品质主要参考因子中,糙米率和精米率相同品种各期之间无显著差异,整精米率、垩白度、直链淀粉含量随播期的推迟呈上升趋势。

杂交水稻制种母本结实对高温的敏感性

一般认为,杂交水稻制种对环境条件的要求比水稻大田生产更为严格,但确实的证据一直较少。2013年长江流域出现罕见连续高温天气,中国国家级杂交水稻制种基地江苏盐城的高温一直持续到常年的制种授粉适宜期。本研究以同一杂交水稻制种组合不同播期批次所经历的不同温度条件为处理,探讨其经历不同气温历期后的结实率差异,及其与高温等气象条件的关系。结果表明,3批次父本和母本在结实敏感生育阶段经历了不同程度的高温逆境。其中,3批次父本的结实率较常年略有降低,但批次间的结实差异不显著;而3批次母本的结实率较常年降低30%~40%（绝对值）,且其在不同批次间差异极显著。此外,母本结实率与其经历的危害温度天数呈极显著相关。本研究表明,杂交水稻制种可能确实比普通水稻生产对高温反应明显更敏感。进一步测定各关键不育系及杂交水稻制种的高温受害条件,确立即时性高温御防技术将是中国杂交水稻研究中的重要课题。

田间高温严重降低杂交水稻制种的异交结实

在江苏盐城制种基地设置长期多品种分期播种试验,旨在探讨不同开花结实前后田间气象条件对结实的影响;2013年盐城在8月中下旬发生连续18d高温天气,该时期与各播期制种水稻的开花前时段相重叠。与2011年相比,水稻组合新两优223的制种结实率平均降低6.89个百分点,达显著水平。不同组合受高温影响,结实率降幅不同,其中,新两优223异交高温耐性强于新两优香四和新两优223改。2013年多组合各播期水稻异交结实率与水稻始穗期前后10d日平均气温呈显著负相关;回归分析表明,水稻始穗期前后10d日平均气温达28.0℃,异交结实开始受影响,达29.0℃时异交结实大幅下降。

利用微气象测定仪MINCER分析热害条件下的水稻冠层微气象特征

采用模型模拟水稻热害过程及其可能的产量损失是水稻耐高温研究的重要一环,但较精确地测定水稻冠层的微气象条件还存在诸多困难。采用最新研制的水稻冠层微气象测定仪Mincer实地测定法研究了水稻花期热害受害下的冠层微气象特征,并将相关数据与邻近国家基本气象观测站的数据比较,从而形成了水稻冠层、水稻田田面上部(距田面2倍株高,约1.9m)和空旷地(距地面1.5m)等的对比。结果表明,供试品种受到花期热害后,结实率降低4.0%,达到显著受害水平。在此条件下,日平均气温值由水稻田冠层、水稻田上部与空旷地相比依次升高,水稻冠层与水稻田上部的温度值一般分别比空旷地低2.05、0.92℃,且在连续高温的部分时段出现冠层温度的异常升高;相对湿度值反之,由冠层内部、水稻田上部与空旷地依次降低,水稻冠层与水稻田上部的相对湿度值分别比空旷地低高14.55%、5.97%(绝对值)。此外,高温天气下开花前后水稻田上部与冠层温湿度差的变化幅度都小于常温天气,且出现的时间段早于常温。这些结果,对设定水稻高温受害鉴定条件、模拟水稻高温受害过程均具有重要指导意义。

外源硅对花期高温胁迫下杂交水稻授粉结实特性的影响

以杂交中熟籼稻品种金优63、汕优63为供试材料,采用盆栽试验,在水稻生长前期连续喷施3次硅酸钠(Na2SiO3·9H2O),于人工气候箱内在水稻开花期进行常温(日均温26.6℃,日最高温度29.4℃)和高温(日均温33.2℃,日最高温度40.1℃)处理5 d,研究施硅在花期高温胁迫下对杂交水稻剑叶叶绿素含量、光合性能、抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)含量、花粉活力、花药酸性转化酶活性、柱头授粉性能和结实率等的影响.结果表明:与对照相比,施硅可显著提高高温胁迫下水稻剑叶叶绿素含量,提高净光合速率和气孔导度,减少胞间CO2浓度,增强叶片光合作用,减少MDA含量,提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性;提高花药中可溶性酸性转化酶活性和花粉活力,增加花粉囊基部裂口宽度,提高水稻每柱头上授粉总数、萌发数、花粉萌发率和萌发数大于10粒者所占的比例,降低花粉总数小于20粒者所占的比例;使金优63、汕优63结实率的降低分别减轻13.4%、14.1%.因此,在水稻生长前期喷施外源硅,可减轻水稻在开花期结实率的降低,提高杂交水稻的抗热性.

大穗型杂交水稻父本材料的耐冷性筛选与鉴定

冷害已成为我国杂交水稻发展中影响安全生产的一大问题,而与超级杂交稻密切关联的大穗型水稻的耐冷性鉴定尚没有成型的方法。以21个现有杂交稻水稻大穗型父本品种(品系)为材料,在水稻花粉母细胞减数分裂期采用人工气候室模拟当地水稻典型受害气象条件,进行连续7d低温处理(日平均温度17.5℃),以受精率和毎穗颖花数为联合筛选指标进行了低温耐性筛选试验。结果表明,根据各品种对低温的反应,可将其分为4种类型,分别为耐低温型、较耐低温型、较感低温型和低温敏感型。其中BL006、R-HQ和香八等3品种属于耐低温型,C-418属于低温敏可感型。经在水稻花粉母细胞减数分裂期低温处理后,耐低温型品种BL006、R-HQ和香八的颖花受精率和毎穗颖花数受影响较小,花药长度变化不大,每柱头花粉总数、花粉萌发数和花粉萌发率降幅小;相反,低温敏感型品种C-418受精率和每穗颖花数严重下降,花药长度大幅减小,每柱头花粉总数、花粉萌发数和花粉萌发率显著降低。由此证明,针对大穗型水稻品种的耐冷性鉴定,采用颖花受精率和每穗颖花数作为联合筛选指标的人工气候室模拟鉴定法可能是一种可行的方法。

大穗型杂交水稻父本材料的抗旱性筛选与鉴定

培育大穗型品种是我国超级杂交稻主要育种目标之一,但大穗型水稻品种常存在结实率过低或结实不稳定等严重问题,而旱害常成为上述问题产生的直接原因。以21份大穗型水稻父本品种为供试材料,采用盆栽法,从花粉母细胞减数分裂期开始进行连续10d的干旱处理(控制土壤相对含水量至40%~50%),研究了结实率和每穗总粒数的变化。结果表明,干旱处理后品种的结实率和每穗总粒数降低,敏感品种降低幅度显著大于强耐旱品种。试验共筛选出8个大穗型强耐旱父本材料,10个耐旱型父本材料,3个敏感型父本材料。其中R527和9 311选的结实率和总粒数在干旱条件下都表现良好。2个耐旱性差异品种的授粉生物特性分析发现,干旱处理后各品种的花药长度、每柱头花粉总数和萌发数及萌发率均降低,强耐旱型品种R527降低幅度较小;而敏感型品种BL006降低幅度较大,花药长度、每柱头花粉萌发数及萌发率对照和处理间存在极显著差异。研究表明,结实率和每穗总粒数可以作为大穗型品种耐旱性筛选与鉴定的联合指标,花药长度和每柱头花粉萌发率可作为重要的参考指标,大穗型水稻品种耐旱性差异与其在干旱条件下雄性配子的形成及其活力密切相关。

节氮20%条件下2种新型缓释复合肥在杂交水稻上的应用效果

在粮食主产区湖北省监利县,以杂交水稻丰优22为试验品种,将中化新型缓释复合肥和袁氏新型缓释复合肥与农民习惯施肥和无氮进行对比,探讨2种缓释复合肥的节肥效果。结果表明,2种新型缓释复合肥在比农民习惯施肥节氮20%前提下,其产量与农民习惯施肥无显著差异,比无氮对照显著增产。