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水分和氮素对水稻颖花发育与籽粒灌浆的调控机制

发布时间:2021-02-15 23:57
  水稻颖花的退化(或败育)和弱势粒灌浆充实差不仅严重影响产量,也是限制水分养分高效利用的重要因素。如何减少水稻颖花的退化或败育,促进弱势粒灌浆?这既是重要的科学问题,也是高产栽培实践需要经常面对的重要技术问题。水分和氮素是决定作物产量的两个重要因素,也是人为调控最频繁、影响力度最大的作物生长环境因子。以往针对水分和氮素对水稻颖花发育和籽粒灌浆虽做了较多研究,但其生理机制仍不清楚,尤其是新型植物激素(油菜素甾醇、多胺等)对水稻颖花发育和籽粒灌浆的调控机制的研究甚少。本研究以代表性水稻品种为材料,分析了油菜素甾醇(BRs)、多胺和乙烯等与水稻颖花发育与籽粒灌浆的关系及其调控技术。主要结果如下:1.水稻幼穗中多胺和乙烯对穗分化期土壤干旱的响应及其与颖花发育的关系甬优2640(籼粳杂交稻)和扬稻6号(常规籼稻)种植于盆钵,自穗分化始期至花粉完熟期设置3种水分处理:保持水层(WW,对照)、土壤轻度干旱(MD)和土壤重度干旱(SD)。与WW相比,MD处理显著减少了颖花退化率、瘪粒率和败育率,提高了每穗颖花分化数、每穗粒数、结实率和产量。MD处理显著提高了幼穗中游离精胺和亚精胺的含量及其与1-氨基环丙... 

【文章来源】:扬州大学江苏省

【文章页数】:216 页

【学位级别】:博士

【文章目录】:
中文摘要
Abstract
缩略语中英文对照
引言
第一章 文献综述
    1.1 前言
    1.2 水稻颖花分化与退化的研究现状
        1.2.1 水稻的颖花分化与退化
        1.2.2 对作物产品器官(颖花或小花)退化机理的认识
    1.3 水稻强、弱势籽粒灌浆的研究现状
        1.3.1 水稻强、弱势籽粒灌浆差异的组织形态学分析
        1.3.2 水稻强、弱势籽粒灌浆差异的生理生化研究进展
    1.4 水分和氮素对水稻颖花发育的影响及生理机制
        1.4.1 水分对水稻颖花分化和退化的影响
        1.4.2 氮素对水稻颖花分化和退化的影响
    1.5 水分和氮素对水稻籽粒灌浆的影响
        1.5.1 水分对籽粒灌浆的影响
        1.5.2 氮素对籽粒灌浆的影响
    1.6 水分与氮素对水稻生长发育影响的耦合效应
    1.7 存在问题和本研究的主要内容和目的意义
        1.7.1 存在问题
        1.7.2 本研究的主要内容和目的
        1.7.3 本研究技术路线
    参考文献
第二章 水稻幼穗中多胺和乙烯对穗分化期土壤干旱的响应及其与颖花发育的关系
    2.1 材料与方法
        2.1.1 材料与栽培概况
        2.1.2 试验设计
        2.1.3 取样测定
        2.1.4 叶片和幼穗渗透压的测定
        2.1.5 乙烯释放速率和ACC的测定
        2.1.6 多胺的提取与测定
        2.1.7 颖花发育和产量状况
        2.1.8 化学调控物质处理
        2.1.9 数据处理与计算方法
    2.2 结果与分析
        2.2.1 叶片和幼穗渗透压
        2.2.2 幼穗中多胺变化
        2.2.3 幼穗中乙烯和ACC变化
        2.2.4 多胺与ACC比值变化
        2.2.5 颖花发育和产量
        2.2.6 籽粒多胺含量与颖花发育的关系
        2.2.7 化学调控物质对颖花发育的影响
    2.3 讨论
    2.4 结论
    参考文献
第三章 穗分化期土壤干旱对水稻根系性状和颖花发育的影响及其生理机制
    3.1 材料与方法
        3.1.1 材料与栽培概况
        3.1.2 试验设计
        3.1.3 取样时间与测定项目
        3.1.4 叶片和幼穗渗透压的测定
        3.1.5 叶片光合作用测定
        3.1.6 根系性状测定
        3.1.7 油菜素甾醇(BRs)和脱落酸(ABA)含量的测定
        3.1.8 颖花发育和产量状况
        3.1.9 基因表达的测定
        3.1.10 数据处理与计算方法
    3.2 结果与分析
        3.2.1 叶片和幼穗渗透压
        3.2.2 叶片光合特性
        3.2.3 根系和地上部生物产量
        3.2.4 根系氧化力和活跃吸收表面积
        3.2.5 叶片和幼穗BRs和ABA含量变化
        3.2.6 根系BRs和ABA含量变化
        3.2.7 根系深根基因、铵转运基因和硝酸盐转运基因表达
        3.2.8 氮素的积累与分配
        3.2.9 颖花发育和产量
    3.3 讨论
    3.4 结论
    参考文献
第四章 水稻籽粒油菜素甾醇和脱落酸对结实期土壤干旱的响应及其与籽粒灌浆的关系
    4.1 材料与方法
        4.1.1 试验材料与栽培情况
        4.1.2 试验设计
        4.1.3 地上部生理性状测定
        4.1.4 籽粒灌浆速率
        4.1.5 油菜素甾醇(BRs)和脱落酸(ABA)测定
        4.1.6 籽粒中淀粉合成关键酶活性
+-ATPase)活性、ATP含量和能荷测定">        4.1.7 质膜ATP酶(H+-ATPase)活性、ATP含量和能荷测定
        4.1.8 化学调控物质处理
        4.1.9 计算方法与数据分析
    4.2 结果与分析
        4.2.1 叶片水势
        4.2.2 粒重和籽粒灌浆速率
        4.2.3 籽粒中激素含量变化
        4.2.4 籽粒中能量水平的变化
        4.2.5 籽粒中淀粉合成关键酶活性
        4.2.6 光合作用和同化物运转
        4.2.7 激素与籽粒生理活性的关系
        4.2.8 外源化学物质的作用
    4.3 讨论
    4.4 结论
    参考文献
第五章 全生育期轻干湿交替灌溉对水稻同化物运转与籽粒灌浆的影响及其生理基础
    5.1 材料与方法
        5.1.1 试验材料与栽培情况
        5.1.2 试验设计
        5.1.3 叶片渗透压
        5.1.4 茎蘖动态
        5.1.5 干物重与叶面积
        5.1.6 茎鞘中酶活性和非结构性碳水化合物的测定
        5.1.7 基因表达的测定
        5.1.8 叶片光合作用
13C同位素示踪">        5.1.9 13C同位素示踪
        5.1.10 籽粒灌浆速率
        5.1.11 籽粒中淀粉合成相关酶活性
        5.1.12 计算方法与数据分析
    5.2 结果与分析
        5.2.1 叶片渗透压
        5.2.2 籽粒灌浆
        5.2.3 茎蘖数和茎蘖成穗率
        5.2.4 叶面积和光合速率
        5.2.5 茎鞘可溶性糖含量的变化
        5.2.6 茎鞘和籽粒NSC的变化
        5.2.7 茎鞘中淀粉水解相关酶和籽粒中淀粉合成关键酶活性变化
        5.2.8 SUT1和TPP7的表达水平的变化
        5.2.9 产量和水分利用效率
    5.3 讨论
    5.4 结论
    参考文献
第六章 水稻内源油菜素甾醇对氮素的响应及其对颖花发育的调控作用
    6.1 材料与方法
        6.1.1 试验一施氮量对水稻颖花发育的影响(盆栽试验)
            6.1.1.1 材料与栽培概况
            6.1.1.2 试验设计
            6.1.1.3 茎蘖动态
            6.1.1.4 取样测定
            6.1.1.5 植株含氮量测定
            6.1.1.6 油菜素甾醇(BRs)的提取与测定
            6.1.1.7 基因表达水平和过氧化氢含量的测定
            6.1.1.8 颖花发育和产量状况
            6.1.1.9 化学调控物质处理
            6.1.1.10 数据处理与计算方法
        6.1.2 试验二氮素穗肥施用时期对水稻颖花发育的影响(大田试验)
            6.1.2.1 材料与栽培概况
            6.1.2.2 试验设计
            6.1.2.3 取样测定
            6.1.2.4 油菜素甾醇(BRs)含量和基因表达水平测定
+-ATPase)活性、ATP含量和能荷测定">            6.1.2.5 质膜ATP酶(H+-ATPase)活性、ATP含量和能荷测定
2O2、MDA含量测定">            6.1.2.6 抗氧化能力和H2O2、MDA含量测定
            6.1.2.7 颖花发育和产量状况
            6.1.2.8 化学调控物质处理
            6.1.2.9 数据处理与计算方法
    6.2 结果与分析
        6.2.1 试验一施氮量对水稻颖花发育的影响(盆栽试验)
            6.2.1.1 茎蘖动态
            6.2.1.2 植株氮素积累量和氮花比的变化
            6.2.1.3 幼穗中BRs含量变化
            6.2.1.4 幼穗中基因表达水平的变化
2O2含量变化">            6.2.1.5 幼穗中H2O2含量变化
            6.2.1.6 颖花发育和产量状况
            6.2.1.7 油菜素甾醇(BRs)及其相关基因与颖花发育的相关分析
            6.2.1.8 外源化学调控物质对颖花发育的影响
        6.2.2 试验二氮素穗肥施用时期对水稻颖花发育的影响(大田试验)
            6.2.2.1 幼穗中BRs含量的变化
            6.2.2.2 油菜素甾醇(BRs)相关基因表达水平的变化
2O2、MDA含量">            6.2.2.4 幼穗中抗氧化能力和H2O2、MDA含量
            6.2.2.5 颖花分化与退化和产量
            6.2.2.6 油菜素甾醇(BRs)与颖花发育的相关分析
            6.2.2.7 化学调控物质对颖花发育的影响
    6.3 讨论
        6.3.1 关于施氮量对水稻颖花发育的影响及其机制
        6.3.2 关于氮素穗肥施用时期对水稻颖花发育的影响及其机制
    6.4 结论
    参考文献
第七章 施氮量与灌溉方式的交互作用对水稻颖花发育和籽粒灌浆的影响
    7.1 材料与方法
        7.1.1 试验材料与栽培情况
        7.1.2 试验设计
        7.1.3 茎蘖动态
        7.1.4 地上部生理特性的测定
        7.1.5 根系氧化力的测定
        7.1.6 油菜素甾醇的提取和测定
        7.1.7 颖花发育状况和产量状况
        7.1.8 籽粒灌浆速率的测定
        7.1.9 籽粒中淀粉合成相关酶活性
+-ATPase)活性、ATP含量和能荷测定">        7.1.10 质膜ATP酶(H+-ATPase)活性、ATP含量和能荷测定
        7.1.11 幼穗中过氧化氢的测定
        7.1.12 化学调控物质处理
        7.1.13 计算方法与数据分析
    7.2 结果与分析
        7.2.1 茎蘖动态与茎蘖成穗率
        7.2.2 叶面积指数与光合速率
        7.2.3 根系氧化力(ROA)
        7.2.4 茎鞘物质积累与运转
        7.2.5 单茎叶面积与茎鞘物质积累
        7.2.6 幼穗中油菜素甾醇(BRs)含量
        7.2.7 质膜ATP酶(H+-ATPase)活性、ATP含量和能荷水平
        7.2.8 幼穗H202含量变化
        7.2.9 颖花发育、籽粒生理活性、产量和水分利用效率
        7.2.10 油菜素甾醇(BRs)与颖花发育的相关分析
        7.2.11 化学调控物质对颖花发育的影响
    7.3 讨论
    7.4 结论
    参考文献
第八章 总结与讨论
    8.1 主要结论
        8.1.1 穗分化期土壤干旱对水稻颖花发育的影响及其生理机制
        8.1.2 水稻灌浆期土壤干旱和全生育期干湿交替灌溉对水稻籽粒灌浆的影响及其生理基础
        8.1.3 水稻内源油菜素甾醇对氮素的响应及其对颖花发育的调控作用
        8.1.4 施氮量与灌溉方式对水稻颖花发育和籽粒灌浆的交互影响及其生理原因
        8.1.5 水分和氮肥对水稻颖花发育和籽粒灌浆的调控机制
    8.2 本研究的创新点
        8.2.1 揭示了多胺、油菜素甾醇与水稻颖花发育和籽粒灌浆的关系
        8.2.2 阐明了多胺、油菜素甾醇等植物激素对土壤干旱和氮素的响应及其调控机制
        8.2.3 提出了促进水稻颖花发育和籽粒灌浆的肥水管理技术
    8.3 讨论
        8.3.1 关于土壤干旱对水稻颖花发育的影响和生理机制
        8.3.2 关于氮肥对水稻颖花发育的影响和生理机制
        8.3.3 关于油菜素甾醇和脱落酸与水稻库强的关系
        8.3.4 关于施氮量与灌溉方式的交互作用对水稻颖花发育和籽粒灌浆的影响
    8.4 本研究存在的问题与建议
        8.4.1 关于激素间相互作用的研究不够深入
        8.4.2 关于根系和根冠关系研究较少
    参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢


【参考文献】:
期刊论文
[1]水分与氮素及其互作对水稻产量和水肥利用效率的影响研究进展[J]. 李俊峰,杨建昌.  中国水稻科学. 2017(03)
[2]Moderate wetting and drying increases rice yield and reduces water use,grain arsenic level,and methane emission[J]. Jianchang Yang,Qun Zhou,Jianhua Zhang.  The Crop Journal. 2017(02)
[3]干湿交替灌溉对水稻产量与水分利用效率的影响[J]. 褚光,展明飞,朱宽宇,王志琴,杨建昌.  作物学报. 2016(07)
[4]水氮互作对水稻产量及品质的影响[J]. 郭群善,贺玮.  节水灌溉. 2016(05)
[5]土壤干旱对小麦生理性状和产量的影响[J]. 张伟杨,钱希旸,李银银,徐云姬,王志琴,杨建昌.  麦类作物学报. 2016(04)
[6]氮肥用量对水稻不同穗位与粒位籽粒灌浆速率的影响[J]. 王成瑷,赵磊,赵秀哲,侯文平,高良文,王伯伦,张文香,于亚彬,韩霖,曲海霞.  农学学报. 2016(02)
[7]不同水氮耦合对水稻根系形态生理、产量与氮素利用的影响[J]. 徐国伟,王贺正,翟志华,孙梦,李友军.  农业工程学报. 2015(10)
[8]植物细胞外信号分子eATP研究进展[J]. 霍垲,陆巍,李霞,陈平波.  植物学报. 2014(05)
[9]施氮量对超级稻产量和一些生理性状的影响[J]. 付景,王志琴,袁莉民,王学明,杨建昌.  中国水稻科学. 2014(04)
[10]水氮管理模式对杂交籼稻冈优527群体质量和产量的影响[J]. 孙永健,马均,孙园园,徐徽,严奉君,代邹,蒋明金,李玥.  中国农业科学. 2014(10)

博士论文
[1]杂交水稻强弱势颖花异步灌浆结实特性及其生理机制研究[D]. 靳德明.华中农业大学 2002

硕士论文
[1]氮素穗肥对水稻不同时间开花颖花灌浆充实的影响[D]. 张蕊.南京农业大学 2013



本文编号:3035765

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