高温胁迫对水稻产量和品质的影响与化学调控的缓解效应与机理

发布时间：2017-05-24 02:02

  本文关键词：高温胁迫对水稻产量和品质的影响与化学调控的缓解效应与机理，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全球气候变暖导致气温升高,预计本世纪末全球平均气温将上升2.0-4.5℃。导白天最高温度上升的速率相比,夜间最低温度上升的速率更快。气温升高导致的高温热害不仅影响作物生长进程,同时直接改变其他环境因子,间接影响水稻产量和品质,这一方面的研究也是现阶段研究热点之一。通过育种和生物技术等途径进行品种改良,提高水稻高温耐性有利助于减轻高温带来的负效应,然而,这一领域的进展十分缓慢。通过分期播种、水分和养分管理也可以在一定程度上缓解高温对水稻产量和品质的影响,但多数情况下,这些技术应用受到诸多因素如前后茬口、灌溉条件等的制约难以大面积应用。在高温发生时,及时应用化学调控物质缓解高温对水稻的伤害,是水稻遭遇高温等逆境胁迫下实现高产、稳产的可行途径之一,但目前关于外源化学物质(包括生物炭、生长调节剂等)施用提高水稻高温抗性方面的研究较少。为此,本研究通过选用不同高温耐性类型水稻品种,通过人工温室控温处理设置不同的温度组合,比较研究了不同的植物生长调节剂、抗氧化剂和生物炭对高温胁迫下水稻生长发育、产量和品质形成的影响及其机理。试验采用株型相似但高温耐性不同的两个籼稻品种(IR64,黄华占)为材料,设置的温度处理处理包括：正常温度对照(AT)、高夜温(HNT)和高日温(HDT)等3个处理；外源化学物质叶面喷施处理包括维生素C,维生素E,油菜素内酯(Br),茉莉酸甲酯(MeJA)和三唑酮(Tr)及不同物质相互间混用,不施用任何物质作为空白处理,试验于2013和2014年5月-10月在华中农业大学植物科技学院人工气候室进行。此外,2014年在上述化学物质叶片喷施的基础上,增加了盆钵中土壤增施磷肥、生物炭、磷肥+生物炭等处理。于水稻开花后采样,比较分析不同温度处理下外源化学物质施用对水稻生长发育、光合速率、干物质积累、产量和品质形成的变化,重点观察了对开花期的花粉育性、花药开裂、花粉萌发、抗氧化能力和花粉粒代谢物质合成的影响。主要研究结果如下：(1)高温显著降低了两个水稻品种的花粉育性、花药开裂率、柱头花粉接受数及花粉萌发率,代谢物质合成和花粉粒抗氧化活性,而且高夜温处理对各性状的影响比高日温处理下的更明显。外源化学物质施用可以缓解高温对花粉生理生化性状的不利影响,其中以抗氧化剂与生长调节剂混施(Vc+Ve+MeJA+Br)处理下的缓解效应最好。品种间也表现出明显差异,黄华占在高温处理下表现出花粉育性、花药开裂能力和柱头花粉接受数及花粉萌发率均高于IR64。黄华占耐高温的生理原因主要在于其较高的抗氧化能力和较高的代谢物质合成能力。(2)高温处理对水稻生长有显著影响,降低水稻产量。研究表明,高温处理显著降低叶面积、地上部及地下部生物量、光合作用和水分利用效率,同时提高了两个供试品种叶片水势；高温处理对有效穗数影响不大,但显著降低水稻结实率和千粒重,从而导致产量降低；高温对水稻生长和产量的影响存在品种间差异,黄华占在高温下的生长和产量均比IR64的好,粤常温处理相比降幅也低于IR64；外源化学物质施用可以有效缓解高温对水稻产量的不利影响,其中以Vc+Ve+MeJA+Br混施处理效果最好,该处理可以显著提高光合速率、颖花育性和籽粒灌浆,从而缓解高温伤害导致的不利影响。(3)高温胁迫对稻米的外观品质和食味品质均造成不利影响,两年的试验结果趋势相同。研究结果表明,高日温和高夜温处理降低了两个供试品种的籽粒粒长、粒宽、籽粒面积和整精米率,增加了垩白粒率和垩白度；RVA分析表明,高温显著增加了稻米的崩解值、最终粘度、冷胶恢复值和糊化温度,同时显著降低了峰值粘度、谷值粘度、最终黏度,从而导致食味品质降低；外源化学物质可以有效缓解高温对稻米品质的不利影响,其中以四种外源化学物质混施(Vc+Ve+MeJA+Br)处理下的表现最好。(4)高温处理比常温处理的花粉育性、花药开裂率、柱头花粉数和花粉萌发率降低,这是结实率下降的主要成因,耐高温品种黄华占比高温敏感品种降低幅度少。肥料施用可以有效缓解高温对水稻花粉育性和活力的不利影响,其中以生物炭+磷肥的混合处理下的效果最明显。同时,生物炭施用可以促进植株生长、提高产量,但与磷肥混施后的部分效果反而下降。生物炭+磷肥混施处理下的稻米品质最优,可能在于该处理增强植株光合作用,提高水分利用效率,促进灌浆,补偿了高温胁迫导致的不利影响。本研究结果表明,高温胁迫严重影响水稻植株生长发育,外源化学物质混施(Vc+Ve+MeJA+Br)或生物炭+磷肥等措施可以有效的缓解高温对水稻的不利影响,但后者的效果不如Vc+Ve+MeJA+Br混合施用。此外,从代谢物质合成、内源激素平衡和基因型差异等方面进行了高温胁迫及其缓解的机理探索,有助于丰富水稻植株对高温胁迫的响应粤机理等方面的知识,为水稻抗热减灾提供技术指导。
【关键词】：水稻 高温胁迫 化学调控 产量 稻米品质 花粉育性 内源激素 抗氧化物活性
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S511
【目录】：

• Abstract11-14
• 摘要14-16
• List of abbreviations16-19
• CHAPTER 1 Introduction19-48
• 1.1. Heat stress19-20
• 1.2. Worldwide high temperature stress on crop yield20-22
• 1.3. Worldwide crop wise impact on heat stress22-23
• 1.4. High temperature stress and rice performance23-24
• 1.5. Application of exogenous protectants in mitigating damages induced by heat stress24-26
• 1.6. Potential role of phytohormones in abiotic stresses:Consequences for changing environment26-30
• 1.7. Phytohormone and abiotic stresses30-45
• 1.7.1. Abscisic acid(ABA)30-32
• 1.7.2. Indole-3-acetic acid(IAA)32-34
• 1.7.3. Cytokinins(CKs)34-36
• 1.7.4. Gibberellic acid(GA)36-38
• 1.7.5. Salicylic acid(SA)38-40
• 1.7.6. Brassinosteroids(BRs)40-42
• 1.7.7. Jasmonates(JA)42-43
• 1.7.8. Triazoles43-44
• 1.7.9. Conclusions and future perspectives44-45
• 1.8. Biochar effect on abiotic stresses and plant growth45-47
• 1.9. Objectives47
• 1.10. Research project grant47-48
• CHAPTER 2 Materials and Methods48-57
• 2.1. Plant husbandry and growth conditions48
• 2.2. Temperture treatments48-49
• 2.3. Plant growth regulator treatments49
• 2.4. Biochar and phosphorous fertilizer treatments49
• 2.5. Collection of xylem sap49-50
• 2.6. Observations50-56
• 2.6.1. Gas exchange and plant water relations50
• 2.6.2. Morphology and dry weights50
• 2.6.3. Yield and its components50-51
• 2.6.4. Grain qualitative traits51
• 2.6.5. Rapid viscoanalyzer (RVA) profile characteristics and amylose contents of grains51-54
• 2.6.6. Microscopic analysis54-55
• 2.6.7. Metabolites determination55
• 2.6.9. Relative water contents55-56
• 2.7. Statistical analysis56-57
• CHAPTER 3 Morpho-physiological growth and yield responses of rice cultivars to hightemperature and exogenously applied plant growth regulators57-72
• 3.1. Introduction57-58
• 3.2. Results58-61
• 3.2.1. Thermoregulation of leaf physiology58-59
• 3.2.2. Anatomy and growth attributes59-60
• 3.2.3. Rice yield and yield components60-61
• 3.3. Discussion61-71
• 3.4. Conclusion71-72
• CHAPTER 4 A combined applications of biochar and phosphorus alleviates heat-induced adversities on growth,yield and quality of rice72-87
• 4.1. Introduction72-75
• 4.2. Results75-79
• 4.2.1. Morpho-physiological growth of rice75
• 4.2.2. Rice grain yield and related traits75-76
• 4.2.3. Rice grain quality76-79
• 4.3. Discussion79-85
• 4.3.1. Effect of high temperature on rice growth and yield performance79-84
• 4.3.2. Combined Biochar and P application confers rice tolerance to high temperature84-85
• 4.4. Conclusions85-87
• CHAPTER 5 Responses of rice grain quality and hormones to exogenously appliedplant growth regulators under high day and night temperatures87-94
• 5.1. Introduction87-88
• 5.2. Results88-89
• 5.2.1. Rice grain milling and appearance qualities88-89
• 5.2.2. Grain viscosity and gelatinization temperature89
• 5.3. Discussion89-93
• 5.4. Conclusion93-94
• CHAPTER 6 Rice pollen characteristics as influenced by high temperature andexogenously applied plant growth regulators94-108
• 6.1. Introduction94-98
• 6.2. Results98-103
• 6.2.1. Pollen fertility,anther dehiscence,pollen retention and pollen germination98
• 6.2.2. Total soluble sugars,protein and proline contents in rice pollens98-103
• 6.3. Discussion103-106
• 6.4. Conclusions106-108
• CHAPTER 7 Biochar applications protects rice pollen from high-temperature stress108-120
• 7.1. Introduction108-110
• 7.2. Results110-114
• 7.2.1. Pollen morphological characters110
• 7.2.2. Total soluble sugars,protein and proline contents in rice pollens110-114
• 7.3. Discussion114-119
• 7.4. Conclusion119-120
• References120-156
• Acknowledgement156-159
• Appendix159-162

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陈培琴;郁松林;詹妍妮;康喜亮;;茉莉酸对葡萄幼苗耐热性的影响[J];石河子大学学报(自然科学版);2006年01期

2 田小海;罗海伟;周恒多;吴晨阳;;中国水稻热害研究历史、进展与展望[J];中国农学通报;2009年22期

  本文关键词：高温胁迫对水稻产量和品质的影响与化学调控的缓解效应与机理，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：389552