全球气候变暖同时引起白天和夜间温度升高,但夜温增加的速度快于昼温。水稻生长中、后期高温主要通过影响穗粒数和结实率而显著降低籽粒产量,然而其机理还不清楚。本研究以高温敏感性不同的籼、粳稻品种为材料,分别在白天高温(37℃,对照为33℃)和夜间高温(28℃,对照为24℃)处理下,在水培条件下分别研究幼穗分化期、抽穗开花期、灌浆结实期伤流液、幼穗、花粉、籽粒中根源激素(主要包括细胞分裂素、脱落酸、乙烯等)含量的变化,阐明根源激素对高温的响应特征及基因型差异;研究高温下根源激素的变化与颖花分化与退化、花粉活力与育性、开花授粉、籽粒灌浆等的关系,研究高温下根源激素的变化与同化物合成、积累、转化与分配间的关系,从而揭示高温下根源激素对穗粒数和结实率的影响及其生理机理;比较白天高温与夜间高温对穗粒数及结实率影响及机理的异同点。为水稻安全生产、抗(耐)高温品种选育提供理论指导。
high temperature;rice;root-derived phyto-hormones;spikelets per panicle;seed setting rate
在盆栽条件下,以高温敏感性不同的水稻品种为材料(敏感品种二优培九、T219、IR64;耐高温品种汕优63、T226、N22)通过人工控温设施模拟白天高温、夜间、全天三种高温,分别在幼穗分花期、抽穗期、灌浆期高温处理10天后测定根系伤流液、根系和籽粒中吲哚乙酸(IAA)、细胞分裂素(玉米素Z和玉米素核苷ZR)、赤霉素(GA)、脱落酸(ABA)等浓度、运输量和积累量、光合速率和非结构性碳水化合物含量与分配等,测定了产量,并分析了高温下植物激素响应特征及其与穗粒数和结实率的关系。高温对产量和激素含量的影响(1)幼穗分化期各高温处理显著降低了产量,主要原因是高温增加了二次枝梗及颖花的退化,导致每穗颖花数减少,穗变小;高温下根及伤流Z+ZR、IAA、GA浓度降低,ABA显著增加。(2)抽穗期各高温处理显著降低了产量,主要原因是高温处理下花粉育性和结实率显著下降; 高温下伤流和根Z+ZR、GA、IAA浓度降低,而ABA增加。(3)灌浆期各高温处理显著降低了产量,主要是由于结实率和粒重的下降;伤流、籽粒和根Z+ZR、GA、IAA浓度减少,而ABA浓度增加。研究结果表明不同发育时期高温影响产量的原因不同,表现出基因型和发育阶段的特异性。高温影响水稻激素浓度和积累量,从而影响产量。从激素浓度和积累量高温响应与产量高温响应关系来看,(1)幼穗期高温处理下伤流IAA相对浓度与相对结实率和相对穗数负相关,而与相对每穗颖花数负相关;根IAA相对浓度与相对产量正相关;根Z+ZR和IAA相对积累量与相对产量、相对粒重正相关关系。因此,幼穗期高温下高的伤流IAA含量不利于结实率,但有利于穗颖花数,高的Z+ZR含量有利于产量。(2)抽穗期高温处理下根Z+ZR相对浓度和相对积累量与产量和颖花数的相对值正相关。根ABA相对浓度、伤流GA相对浓度与相对产量、颖花数和粒重负相关。因此,高的GA和ABA含量不利于结实率和颖花数,高的Z+ZR含量有利于结实率、穗大小和产量。(3)灌浆结实期高温处理下伤流和籽粒Z+ZR相对浓度与产量、结实率和颖花数的相对值正相关,根Z+ZR、ABA和IAA相对浓度与产量、结实率和颖花数的相对值负相关。因此,高的籽粒和伤流Z+ZR含量有利于产量形成,高的根Z+ZR、ABA和IAA不利于结实率和产量。结果表明根源激素高温响应表现出基因型差异,与产量间关系具有发育阶段特异