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随着全球温室效应的增加,高温已成为危害水稻生产的主要逆境之一。研究水稻高温危害的机理与对策对稳定和促进粮食生产有重要意义。本研究以耐热性品种/品系(黄华占、T226和082)和热敏感品种/品系(双桂1号、T219和协青早B)为材料,研究了高温对耐热性不同品种产量和品质的影响及其生理机制以及喷施化学物质、灌溉和施肥等措施对减轻水稻高温危害的作用。主要结果如下:1.高温对水稻产量形成的影响及其生理原因减数分裂期高温处理明显降低了每穗颖花数、结实率、粒重和产量,抽穗-灌浆早期高温处理降低了结实率和粒重而导致产量显著下降,耐热品种下降幅度小于热敏感品种,灌浆中期高温处理对产量影响较小。高温处理显著降低各供试品种弱势粒及热敏感品种强势粒的受精率、结实率、充实度和受精籽粒千粒重,对耐热品种强势粒的影响较小。抽穗-灌浆早期高温处理影响大于灌浆中期。在高温胁迫下较低的叶片温度,较强的根系活力和抗氧化保护系统能力,较高的叶片光合速率、抗氧化物质抗坏血酸(ASA)和还原型谷胱苷肽(GSH)含量和幼穗中核糖核酸(RNA)含量,较低的叶片丙二醛(MDA)含量和活性氧(O2.-)生成速率和幼穗中乙烯释放速率,是耐热品种产量较高的重要生理原因。2、高温对稻米品质及胚乳结构的影响抽穗-灌浆早期高温胁迫明显降低了稻米的加工品质,缩短了稻米的胶稠度,增加了稻米的直链淀粉含量、垩白度和蛋白质含量。灌浆中期高温处理对稻米品质影响相对较小。高温增加了稻米中的醇溶蛋白及稻米营养元素。抽穗-灌浆期高温处理使热敏感品种双桂1号胚乳中复粒和单粒淀粉体的体积变小且彼此差异变大,排列变疏松;复粒淀粉体变少,单粒淀粉体变多;对耐热品种黄华占影响较小。高温处理愈早,对胚乳结构的影响愈大,弱势粒大于强势粒,双桂1号大于黄华占。3、水稻内源激素对高温的响应高温胁迫降低了叶片、幼穗和籽粒中的玉米素(Z)、玉米素核苷(ZR)和吲哚乙酸(IAA)含量,增加了脱落酸(ABA)含量,弱势粒内源激素增加或减少的幅度大于强势粒。抽穗-灌浆早期高温处理对激素的影响大于灌浆中期处理。高温胁迫下耐热品种的Z+ZR、IAA和ABA含量高于热敏感品种。籽粒中的Z+ZR,IAA和ABA含量及ABA/(Z+ZR+IAA+ABA)与籽粒灌浆速率均呈极显著的正相关。表明Z+ZR,IAA和ABA对籽粒的充实具有调节作用。较高的Z+ZR、IAA和ABA含量及ABA/(Z+ZR+IAA+ABA)是耐热品种的重要生理特征。4、水稻内源多胺与强、弱势粒灌浆的关系及对高温的响应(1)灌浆早期强势粒比弱势粒具有较高的游离亚精胺(Spd)和精胺(Spm)含量;多胺最大含量与籽粒最大灌浆速率及籽粒重量呈极显著正相关。外源Spd和Spm可以极显著提高弱势粒灌浆速率和粒重,表明多胺参与调节籽粒灌浆过程,弱势粒发育较差可能与其较低的多胺含量有关。(2)高温胁迫降低了耐热品种和热敏感品种叶片中游离Spd含量,降低的幅度热敏感品种大于耐热品种;增加了游离Spm含量和耐热品种幼穗中游离Spd含量,增幅耐热品种大于热敏感品种,而游离腐胺(Put)的变化与器官和品种有关。抽穗-灌浆早期高温处理增加了灌浆前期籽粒的游离多胺含量,明显提高了多胺高峰值,且弱势粒高峰增幅大于强势粒,热敏感品种大于耐热品种;降低了灌浆中后期弱势粒中的游离Spd和Spm含量。灌浆中期高温处理降低了处理前期籽粒的游离多胺含量,增加了后期游离多胺的含量,弱势粒影响大于强势粒。表明苗期和减数分裂期叶片和幼穗中Spd和Spm含量变化稳定,有利于抵抗高温危害。5.高温对水稻籽粒中一些酶活性的影响抽穗-灌浆早期高温胁迫显著降低了热敏感品种籽粒ATP酶活性,灌浆中期高温则提高了耐热品种的籽粒ATP酶活性。抽穗-灌浆早期高温处理明显提高了双桂1号、T219和T226的ADP焦磷酸化酶(AGPase)、可溶性淀粉合成酶(SSS)和异淀粉酶(ISA)活性,增加了淀粉含量,而灌浆中期高温处理则相反;抽穗-灌浆期高温处理明显降低了这3个品种的颗粒结合淀粉合成酶(GBSS)活性及直链淀粉占总淀粉的相对比率,显著增加了Q酶活性。灌浆中期高温处理明显增加了黄华占品种GBSS和SSS活性及直链淀粉占总淀粉的相对比率,对AGPase、ISA和Q酶活性及淀粉含量无明显影响。高温对籽粒ATPase和Q酶活性的影响在强、弱势粒间亦有差异。表明高温对籽粒酶活性的影响因高温处理时期、品种的耐热性、籽粒的粒位以及酶的种类不同而有较大差异。在高温下耐热品种籽粒中具有较高的ATPase、GBSS和Q酶活性。6、高温对水稻叶片蛋白质表达的影响高温胁迫导致叶片中蛋白质的变化呈多样性,有新蛋白质产生或一些蛋白质不表达、表达量上调或下调,两品种各处理时期表现不尽一致。总体表现为耐热品种蛋白质表达变化小于热敏感品种。质谱分析表明,差异蛋白质主要与光合作用、信号转导有关和特征未知蛋白,该类蛋白质在热敏感品种中表现为不表达或表达量下降,而耐热品种则表现有新增的蛋白质或蛋白质表达量上调。表明在高温下蛋白质的表达与品种的耐热性有密切关系。7、减轻水稻高温危害的调控技术(1)高温胁迫下喷施油菜素内酯(BR)能够诱导稻苗内活性氧保护酶系统的活性或表达,能有效地减轻高温对稻苗的伤害。BR处理后稻苗对高温的应答机制,在耐热性不同的品种间存在差异;减数分裂期喷施Spd、ABA、BR能降低高温胁迫下叶片中超氧阴离子(O2.-)生成速率,增加叶片中Z+ZR、IAA和ABA含量,提高幼穗中Spd和Spm含量,降低幼穗中put含量,提高了每穗粒数、结实率、粒重和产量。(2)与对照(穗分化期施0.46 g N pot-1)相比,高温下增施穗肥(0.92 g N pot-1)及穗粒肥兼施(穗分化期及始穗期各0.46 g N pot-1)提高了黄华占和双桂1号的产量。增施穗肥提高了黄华占的出糙率、精米率和整精米率;穗粒肥兼施提高了黄华占的精米率,降低了两品种胶稠度;增施穗粒肥黄华占和双桂1号增加了蛋白质含量,降低了垩白米率和垩白度;增施穗肥有利于黄华占品种食味品质的提高。(3)在相同温度下,与水层灌溉相比,轻干湿交替灌溉显著增加了结实率、千粒重和产量,增加了出糙率、精米率和整精米率,降低了垩白米率和垩白度,崩解值增大,消减值减小,重干湿交替灌溉的结果则相反。说明结实期高温胁迫下轻干湿交替灌溉可以增加产量和改善稻米品质。