重慶水稻抽穗期高溫?zé)岷τ绊懷芯?/h1>
2017-11-11 08:51:26王穎何永坤鄭穎菲
農(nóng)業(yè)與技術(shù) 2017年19期
王穎 何永坤 鄭穎菲
摘 要：利用人工仿真氣候室，模擬重慶自然條件下高溫狀態(tài)，設(shè)計(jì)不同程度的高溫?zé)岷υ囼?yàn)（33℃、35℃、37℃、40℃），研究水稻抽穗期高溫對(duì)其光合作用、葉片葉綠素值以及干物質(zhì)積累的影響。結(jié)果表明，高溫脅迫下，水稻的光合作用受溫度的影響較大，且隨高溫時(shí)間的延長(zhǎng)下降幅度增大；同時(shí)，極端高溫也會(huì)導(dǎo)致干物質(zhì)積累減少，結(jié)實(shí)率明顯下降。根據(jù)試驗(yàn)顯現(xiàn)，連續(xù)3d以上日最高氣溫35℃以上可作為水稻高溫?zé)岷χ笜?biāo)。
關(guān)鍵詞：水稻；高溫?zé)岷?；指?biāo)；人工氣候室
中圖分類(lèi)號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20171032062
前言
近幾年來(lái)，在全球氣候變化影響的背景下，長(zhǎng)江流域一帶高溫發(fā)生頻率和強(qiáng)度均有所增加，高溫?zé)岷ψ鳛檩^常見(jiàn)的氣象災(zāi)害，對(duì)水稻產(chǎn)量造成嚴(yán)重威脅。相關(guān)數(shù)據(jù)研究表明，水稻產(chǎn)量與氣溫上升呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，水稻在生長(zhǎng)期對(duì)氣溫升高非常敏感，其中以抽穗揚(yáng)花期最為敏感，如果這時(shí)期遭遇氣溫升高，將導(dǎo)致水稻花藥干枯、花粉不飛散、柱頭不能正常萌發(fā)授精，形成空粒，直接影響水稻的結(jié)實(shí)率，最終造成水稻減產(chǎn)乃至絕產(chǎn)。
1 材料與方法
1.1 材料與處理
供試水稻為重慶地區(qū)普遍種植品種準(zhǔn)兩優(yōu)893，5月4號(hào)移入盆栽，共計(jì)30盆，每盆1株，7月20日生長(zhǎng)至孕穗期選取發(fā)育進(jìn)程與長(zhǎng)勢(shì)基本一致的稻株，移入人工氣候室內(nèi)進(jìn)行溫度控制。設(shè)計(jì)模擬重慶地區(qū)夏季自然高溫特征，日溫度設(shè)定完全模仿重慶每小時(shí)氣溫。模擬自然氣溫，由程序自動(dòng)控制變化。其他氣候因子一致，人工氣候室內(nèi)光量子通量密度為275mol/m·s，相對(duì)濕度設(shè)定為70%。
1.2 試驗(yàn)方法方案
水稻高溫脅迫試驗(yàn)在重慶市江津現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站人工氣候室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)?zāi)M日最高溫度分別設(shè)定為33℃、35℃、37℃、40℃。將4種不同溫度設(shè)定下的試驗(yàn)水稻進(jìn)行3種方案：高溫處理1d后移出；高溫處理3d后移出；高溫處理5d后移出。方案處理后的水稻均移置于大田環(huán)境下生長(zhǎng)至成熟。
1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法
產(chǎn)量和品質(zhì)的測(cè)定，采用對(duì)水稻光合作用的測(cè)定及葉綠素的測(cè)定。測(cè)定水稻的光合作用，采用2個(gè)指標(biāo)參數(shù)，即凈光合速率（Pn）和胞間CO2濃度指標(biāo)（Ci）。在抽穗期于晴朗無(wú)風(fēng)條件下，采用美國(guó)LI-6400光合儀進(jìn)行參數(shù)的測(cè)定，通過(guò)將水稻葉片夾入葉室中，測(cè)定CO2胞間濃度及凈光合速率（Pn）的變化。每次處理選用3片具有代表性的劍葉進(jìn)行測(cè)定，從測(cè)定中取平均數(shù)值。
葉綠素采用便攜式葉綠素測(cè)定儀SPAD-502Plus測(cè)定。該葉綠素儀通過(guò)測(cè)量葉片波長(zhǎng)范圍的透光率系數(shù)來(lái)確定當(dāng)前葉片的葉綠素相對(duì)數(shù)量。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在每個(gè)處理結(jié)束當(dāng)天分別在10：00、13：00和下午16：00進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，受試水稻功能葉（穗位葉）進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定，至少3次重復(fù)。
2 結(jié)果與分析
2.1 高溫脅迫對(duì)水稻凈光合速率（Pn）和胞間二氧化碳濃度（Ci）的影響
水稻葉片的凈光合速率（Pn）降低是水稻生長(zhǎng)遲緩的主要生理表現(xiàn)。從圖1可以看出，水稻受高溫（>35℃）脅迫后，隨著高溫處理天數(shù)的延長(zhǎng)，其凈光合速率呈下降趨勢(shì)。高溫處理3d后的受試水稻凈光合速率，與34℃對(duì)照組相比下降了13.3% ；經(jīng)過(guò)5d高溫處理后的水稻凈光合速率，與33℃對(duì)照組相比下降了57.4%。
胞間二氧化碳是植物光合作用碳的來(lái)源，胞間CO2的濃度（Ci）與光合速率直接相關(guān)。通過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)5d高溫處理的水稻數(shù)據(jù)分析，從圖2可以看出，水稻受高溫（>35℃）脅迫后，其胞間CO2的濃度（Ci）呈下降趨勢(shì)，且脅迫溫度越高，Ci值越低。表明，水稻受短期高溫脅迫期間（>35℃），胞間CO2的濃度（Ci）呈下降趨勢(shì)。
2.2 高溫脅迫對(duì)水稻葉綠素的影響
葉綠素是植物光合作用光能吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化的重要色素，葉綠素的含量與植物葉片光合作用密切相關(guān)，SPAD值反映葉片葉綠素的相對(duì)含量，通常SPAD值越低，葉綠素含量就越少。由圖3可知，水稻受高溫（>35℃）脅迫后，水稻葉綠素的值SPAD會(huì)隨著溫度的升高而下降，中午13：00左右降至當(dāng)天最低點(diǎn)，下午隨著溫度的升高，相對(duì)葉綠素含量又開(kāi)始上升；同一時(shí)刻不同高溫脅迫處理，均隨著處理天數(shù)的增多而下降。表明，水稻在經(jīng)過(guò)高溫脅迫（>35℃）3d和5d處理后，SPAD均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
2.3 高溫脅迫對(duì)水稻干物質(zhì)積累的影響
水稻生長(zhǎng)過(guò)程中干物質(zhì)的積累，是水稻產(chǎn)量的物質(zhì)基礎(chǔ)，水稻干物質(zhì)的積累過(guò)程既是水稻產(chǎn)量的形成過(guò)程，干物質(zhì)積累越多，產(chǎn)量越高。從圖4可以看出，水稻在適溫33℃的情況下，干物質(zhì)的量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；高溫脅迫（>35℃）3d和5d處理后，隨著高溫處理天數(shù)的延長(zhǎng)與脅迫溫度的升高，其干物質(zhì)的積累量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
2.4 高溫?zé)岷χ笜?biāo)
通過(guò)前期對(duì)水稻抽穗期的高溫脅迫處理，對(duì)比高溫對(duì)光合作用以及葉綠素的影響，總結(jié)出重慶一季稻高溫?zé)岷Τ潭戎笜?biāo)，如表1。
3 討論與結(jié)論
水稻光合作用受溫度的影響比較大，溫度高可以降低植物葉片的光合作用。試驗(yàn)中，高溫處理3d、5d后水稻光合速率（Pn）較對(duì)照組（常溫處理）均明顯降低，且隨高溫時(shí)間的延長(zhǎng)下降幅度增大，高溫處理5d的水稻植株在13：00光合作用已非常微弱，說(shuō)明，夏季短時(shí)間高溫對(duì)水稻光合作用造成影響非常大。短時(shí)間高溫脅迫后水稻植株的光合作用恢復(fù)到正常水平所需的時(shí)間，還有待進(jìn)一步研究。
抽穗開(kāi)花期是水稻產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)間段，也是對(duì)溫度等環(huán)境因素最敏感的時(shí)間段。極端高溫可能會(huì)導(dǎo)致干物質(zhì)積累減少，結(jié)實(shí)率明顯下降。
水稻穗期的最適溫度為25～30℃ 。高于35℃有可能出現(xiàn)大量空秕粒；38℃則根本不能形成實(shí)粒。
對(duì)于致害的高溫持續(xù)時(shí)間，根據(jù)試驗(yàn)得出結(jié)論，連續(xù)3d以上日最高氣溫35℃或35℃以上可作為水稻高溫?zé)岷χ笜?biāo)。
作者簡(jiǎn)介：王穎，主要從事氣象遙感數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用。
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關(guān)鍵詞：水稻；高溫?zé)岷?；指?biāo)；人工氣候室
中圖分類(lèi)號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20171032062
前言
近幾年來(lái)，在全球氣候變化影響的背景下，長(zhǎng)江流域一帶高溫發(fā)生頻率和強(qiáng)度均有所增加，高溫?zé)岷ψ鳛檩^常見(jiàn)的氣象災(zāi)害，對(duì)水稻產(chǎn)量造成嚴(yán)重威脅。相關(guān)數(shù)據(jù)研究表明，水稻產(chǎn)量與氣溫上升呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，水稻在生長(zhǎng)期對(duì)氣溫升高非常敏感，其中以抽穗揚(yáng)花期最為敏感，如果這時(shí)期遭遇氣溫升高，將導(dǎo)致水稻花藥干枯、花粉不飛散、柱頭不能正常萌發(fā)授精，形成空粒，直接影響水稻的結(jié)實(shí)率，最終造成水稻減產(chǎn)乃至絕產(chǎn)。
1 材料與方法
1.1 材料與處理
供試水稻為重慶地區(qū)普遍種植品種準(zhǔn)兩優(yōu)893，5月4號(hào)移入盆栽，共計(jì)30盆，每盆1株，7月20日生長(zhǎng)至孕穗期選取發(fā)育進(jìn)程與長(zhǎng)勢(shì)基本一致的稻株，移入人工氣候室內(nèi)進(jìn)行溫度控制。設(shè)計(jì)模擬重慶地區(qū)夏季自然高溫特征，日溫度設(shè)定完全模仿重慶每小時(shí)氣溫。模擬自然氣溫，由程序自動(dòng)控制變化。其他氣候因子一致，人工氣候室內(nèi)光量子通量密度為275mol/m·s，相對(duì)濕度設(shè)定為70%。
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葉綠素采用便攜式葉綠素測(cè)定儀SPAD-502Plus測(cè)定。該葉綠素儀通過(guò)測(cè)量葉片波長(zhǎng)范圍的透光率系數(shù)來(lái)確定當(dāng)前葉片的葉綠素相對(duì)數(shù)量。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在每個(gè)處理結(jié)束當(dāng)天分別在10：00、13：00和下午16：00進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，受試水稻功能葉（穗位葉）進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定，至少3次重復(fù)。
2 結(jié)果與分析
2.1 高溫脅迫對(duì)水稻凈光合速率（Pn）和胞間二氧化碳濃度（Ci）的影響
水稻葉片的凈光合速率（Pn）降低是水稻生長(zhǎng)遲緩的主要生理表現(xiàn)。從圖1可以看出，水稻受高溫（>35℃）脅迫后，隨著高溫處理天數(shù)的延長(zhǎng)，其凈光合速率呈下降趨勢(shì)。高溫處理3d后的受試水稻凈光合速率，與34℃對(duì)照組相比下降了13.3% ；經(jīng)過(guò)5d高溫處理后的水稻凈光合速率，與33℃對(duì)照組相比下降了57.4%。
胞間二氧化碳是植物光合作用碳的來(lái)源，胞間CO2的濃度（Ci）與光合速率直接相關(guān)。通過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)5d高溫處理的水稻數(shù)據(jù)分析，從圖2可以看出，水稻受高溫（>35℃）脅迫后，其胞間CO2的濃度（Ci）呈下降趨勢(shì)，且脅迫溫度越高，Ci值越低。表明，水稻受短期高溫脅迫期間（>35℃），胞間CO2的濃度（Ci）呈下降趨勢(shì)。
2.2 高溫脅迫對(duì)水稻葉綠素的影響
葉綠素是植物光合作用光能吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化的重要色素，葉綠素的含量與植物葉片光合作用密切相關(guān)，SPAD值反映葉片葉綠素的相對(duì)含量，通常SPAD值越低，葉綠素含量就越少。由圖3可知，水稻受高溫（>35℃）脅迫后，水稻葉綠素的值SPAD會(huì)隨著溫度的升高而下降，中午13：00左右降至當(dāng)天最低點(diǎn)，下午隨著溫度的升高，相對(duì)葉綠素含量又開(kāi)始上升；同一時(shí)刻不同高溫脅迫處理，均隨著處理天數(shù)的增多而下降。表明，水稻在經(jīng)過(guò)高溫脅迫（>35℃）3d和5d處理后，SPAD均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
2.3 高溫脅迫對(duì)水稻干物質(zhì)積累的影響
水稻生長(zhǎng)過(guò)程中干物質(zhì)的積累，是水稻產(chǎn)量的物質(zhì)基礎(chǔ)，水稻干物質(zhì)的積累過(guò)程既是水稻產(chǎn)量的形成過(guò)程，干物質(zhì)積累越多，產(chǎn)量越高。從圖4可以看出，水稻在適溫33℃的情況下，干物質(zhì)的量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；高溫脅迫（>35℃）3d和5d處理后，隨著高溫處理天數(shù)的延長(zhǎng)與脅迫溫度的升高，其干物質(zhì)的積累量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
2.4 高溫?zé)岷χ笜?biāo)
通過(guò)前期對(duì)水稻抽穗期的高溫脅迫處理，對(duì)比高溫對(duì)光合作用以及葉綠素的影響，總結(jié)出重慶一季稻高溫?zé)岷Τ潭戎笜?biāo)，如表1。
3 討論與結(jié)論
水稻光合作用受溫度的影響比較大，溫度高可以降低植物葉片的光合作用。試驗(yàn)中，高溫處理3d、5d后水稻光合速率（Pn）較對(duì)照組（常溫處理）均明顯降低，且隨高溫時(shí)間的延長(zhǎng)下降幅度增大，高溫處理5d的水稻植株在13：00光合作用已非常微弱，說(shuō)明，夏季短時(shí)間高溫對(duì)水稻光合作用造成影響非常大。短時(shí)間高溫脅迫后水稻植株的光合作用恢復(fù)到正常水平所需的時(shí)間，還有待進(jìn)一步研究。
抽穗開(kāi)花期是水稻產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)間段，也是對(duì)溫度等環(huán)境因素最敏感的時(shí)間段。極端高溫可能會(huì)導(dǎo)致干物質(zhì)積累減少，結(jié)實(shí)率明顯下降。
水稻穗期的最適溫度為25～30℃ 。高于35℃有可能出現(xiàn)大量空秕粒；38℃則根本不能形成實(shí)粒。
對(duì)于致害的高溫持續(xù)時(shí)間，根據(jù)試驗(yàn)得出結(jié)論，連續(xù)3d以上日最高氣溫35℃或35℃以上可作為水稻高溫?zé)岷χ笜?biāo)。
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