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      海水脅迫對(duì)雜交水稻葉片特性及產(chǎn)量的影響

      2023-12-11 09:20:00蔡樊金文雨何文麗張玉燭魏中偉
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2023年16期
      關(guān)鍵詞:雜交水稻葉片產(chǎn)量

      蔡樊 金文雨 何文麗 張玉燭 魏中偉

      摘要:鹽脅迫是制約水稻生產(chǎn)的主要非生物脅迫因子之一,前人開展鹽脅迫對(duì)水稻影響的研究多選擇在苗期進(jìn)行,或多選用NaCl單鹽進(jìn)行鹽脅迫處理,在水稻全生育期用海水復(fù)合鹽進(jìn)行脅迫的研究較少。光合物質(zhì)生產(chǎn)是作物有機(jī)物質(zhì)和產(chǎn)量形成的重要基礎(chǔ),葉片是光合物質(zhì)生產(chǎn)最關(guān)鍵的部位。為探索海水復(fù)合鹽脅迫對(duì)雜交水稻葉片特性及產(chǎn)量的影響,以湘兩優(yōu)900、Y兩優(yōu)957、晶兩優(yōu)534和旌優(yōu)007共4個(gè)雜交水稻品種為研究材料,用天然海水與淡水調(diào)配,設(shè)置0、0.3%、0.6%共3種鹽濃度,研究不同鹽濃度對(duì)雜交水稻葉片特性及產(chǎn)量的影響。差異性分析結(jié)果表明,海水脅迫下主莖綠葉數(shù)、單莖上3葉葉面積、葉面積指數(shù)、葉面積衰減率、光合勢(shì)、單株葉片質(zhì)量、SPAD值及產(chǎn)量均降低,且隨鹽濃度的增加下降幅度增大。其中在0.6%鹽濃度處理下,以上指標(biāo)均顯著下降,而在0.3%鹽濃度處理下,以上指標(biāo)并不都顯著下降。相關(guān)性分析表明,水稻產(chǎn)量與主莖綠色葉片數(shù)、劍葉葉面積、倒2葉葉面積、葉面積指數(shù)、葉面積衰減率、光合勢(shì)和單株葉片質(zhì)量呈極顯著正相關(guān),與倒3葉葉面積、SPAD值呈顯著正相關(guān)。由結(jié)果可知,海水脅迫后,上述葉片相關(guān)指標(biāo)的顯著下降,會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量顯著下降。

      關(guān)鍵詞:雜交水稻;海水脅迫;葉片;產(chǎn)量

      中圖分類號(hào):S511.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

      文章編號(hào):1002-1302(2023)16-0076-06

      收稿日期:2022-12-04

      基金項(xiàng)目:海南省重大科技計(jì)劃(編號(hào):ZDKJ202001)。

      作者簡(jiǎn)介:蔡 樊(1997—),男,湖北十堰人,碩士研究生,主要從事水稻抗逆栽培與生理研究。E-mail:1975486617@qq.com。

      通信作者:魏中偉,碩士,助理研究員,主要從事水稻栽培研究。E-mail:wzw619@126.com。

      水稻是我國乃至全世界重要的糧食作物,是日常生活中不可缺少的主食之一[1。鹽脅迫是制約水稻生產(chǎn)的主要非生物脅迫因子之一2-4,在所有非生物脅迫中對(duì)產(chǎn)量造成的損失最大。目前,我國土壤鹽堿化嚴(yán)重,鹽堿地面積約占全國耕地面積的20%[5,土壤鹽堿化和養(yǎng)分虧缺已成為影響鹽堿地土壤質(zhì)量和初級(jí)生產(chǎn)力的主要因素6。鹽脅迫會(huì)影響水稻植株生長(zhǎng)發(fā)育、推遲抽穗期7,而耐鹽堿水稻抗鹽堿能力比普通水稻更具優(yōu)勢(shì),培育耐鹽堿水稻品種是應(yīng)對(duì)全球人口日益增長(zhǎng)的重要途徑之一[8-9。光合物質(zhì)生產(chǎn)是水稻有機(jī)物質(zhì)和產(chǎn)量形成的重要基礎(chǔ),葉片是決定水稻光合物質(zhì)積累的關(guān)鍵源部位10-12。當(dāng)前鹽脅迫對(duì)水稻影響的研究多選擇在苗期進(jìn)行,鹽脅迫的處理多選用NaCl單鹽處理[13-14,而以海水復(fù)合鹽在全生育期脅迫的研究較少15。因此,本研究用天然海水與淡水調(diào)配,研究不同鹽濃度對(duì)雜交水稻葉片特性及產(chǎn)量的影響,旨在為水稻耐鹽堿機(jī)理提供參考。

      1 材料與方法

      1.1 試驗(yàn)材料

      本試驗(yàn)選用湘兩優(yōu)900、旌優(yōu)007、Y兩優(yōu)957、晶兩優(yōu)534共4個(gè)雜交水稻品種,所有品種均由湖南雜交水稻研究中心提供。

      1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      試驗(yàn)于2021年12月至2022年5月在海南省三亞市崖州區(qū)崖城鎮(zhèn)大蛋村三亞市國家耐鹽堿水稻技術(shù)創(chuàng)新中心試驗(yàn)基地(18°21′12″N,109°08′44″E)進(jìn)行,試驗(yàn)田土壤為冬季閑置水稻田,類型為沙壤土。試驗(yàn)設(shè)置0(對(duì)照)、0.3%、0.6%共3種鹽濃度。不同處理間筑埂(40 cm)并用塑料薄膜包裹,以防串水串肥。每種鹽水濃度下4個(gè)品種隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),3次重復(fù),每小區(qū)28 m2,四周設(shè)置4行保護(hù)行。移栽后先使用淡水灌溉返青,在移栽后20 d開始用海水與淡水調(diào)配至各處理濃度的鹽水灌溉,每3 d排水1次并重新灌溉,雨天后也排水1次并重新灌溉。全生育期保持5 cm水層灌溉,收割前7 d斷水。

      2021年12月16日播種,秧齡25 d后進(jìn)行移栽,移栽密度為30 cm×15 cm,人工單本栽插,栽插后3 d內(nèi)及時(shí)查漏補(bǔ)缺,確保插足基本苗。施肥量為純氮量210 kg/hm2,P2O5105 kg/hm2,K2O 210 kg/hm2,氮肥用普通尿素,氮肥按基肥 ∶分蘗肥 ∶穗肥=5 ∶2 ∶3施用。磷肥用鈣鎂磷肥,做基肥一次性施入。鉀肥用氯化鉀,50%用作基肥,50%在拔節(jié)期施入。病蟲草害防治按一般栽培措施統(tǒng)一進(jìn)行。

      1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

      1.3.1 主莖綠色葉片數(shù) 于齊穗期各處理每個(gè)重復(fù)取生長(zhǎng)一致的植株3株,統(tǒng)計(jì)主莖,以枯死不超過1/4即為綠色葉片[16。

      1.3.2 葉面積、葉面積衰減率及光合勢(shì) 于齊穗期各處理每個(gè)重復(fù)取生長(zhǎng)一致的植株3株,將劍葉、倒2葉、倒3葉分別取下,迅速測(cè)量最大長(zhǎng)度和最寬寬度,按照“長(zhǎng)×寬×0.75”的方法計(jì)算葉面積。于分蘗期、齊穗期各處理每個(gè)重復(fù)取生長(zhǎng)一致的植株3株,將葉片全部取下,隨機(jī)選取其中5張葉,迅速測(cè)量最大長(zhǎng)度和最寬寬度,按照“長(zhǎng)×寬×0.75”的方法計(jì)算葉面積,并計(jì)算葉面積指數(shù)[17、葉面積衰減率、光合勢(shì)。

      葉面積衰減率(LAI/d)=(LAI2-LAI1)/(t2-t1),式中,LAI1和LAI2分別為分蘗期、齊穗期2次測(cè)定的葉面積指數(shù),t1和t2分別為分蘗期、齊穗期2次測(cè)定的時(shí)間[18。

      光合勢(shì)(萬m2·d/hm2)=1/2(S1+S2)×(t2-t1),式中S1和S2分別為分蘗期、齊穗期2次測(cè)定的葉面積,t1和t2分別為分蘗期、齊穗期2次測(cè)定的時(shí)間[19。

      1.3.3 葉片干質(zhì)量 于分蘗期、齊穗期各處理每個(gè)重復(fù)取生長(zhǎng)一致的植株4株,分別將葉片全部取下,于105 ℃烘箱中殺青30 min,在80 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量,冷卻后稱質(zhì)量。

      1.3.4 SPAD值 于齊穗期使用便攜式葉綠素SPAD-502 PLUS測(cè)定。各處理每個(gè)重復(fù)選生長(zhǎng)一致的植株5株,在劍葉距葉尖1/3~1/2處測(cè)量SPAD值,取平均值作為該處理的 SPAD 值。

      1.3.5 產(chǎn)量 于成熟期在每個(gè)小區(qū)選取200穴,單打單收,揚(yáng)凈后分別稱質(zhì)量,再折算單產(chǎn)[20。

      1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

      運(yùn)用IBM SPSS Statistics軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析,運(yùn)用SigmaPlot軟件進(jìn)行作圖分析。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 海水脅迫對(duì)水稻主莖綠色葉片數(shù)的影響

      隨著海水脅迫濃度的提高,4個(gè)水稻品種的主莖綠色葉片數(shù)總體呈下降趨勢(shì)(圖1),且隨海水濃度的增加下降幅度增大。0.3%鹽處理下,與對(duì)照相比,旌優(yōu)007主莖綠色葉片數(shù)顯著下降,下降率為46.62%,而其他3個(gè)品種與對(duì)照差異不顯著。0.6%鹽處理下,與對(duì)照相比,4個(gè)品種主莖綠色葉片數(shù)均顯著下降,晶兩優(yōu)534下降率最低,為30.73%,Y兩優(yōu)957下降率最高,已經(jīng)沒有綠色葉片,湘兩優(yōu)900和旌優(yōu)007下降率分別為62.50%、86.71%。此外,0.6%與0.3%鹽處理相比,4個(gè)品種的綠色葉片數(shù)均顯著下降,湘兩優(yōu)900、旌優(yōu)007、Y兩優(yōu)957、晶兩優(yōu)534下降率分別為57.14%、75.11%、100.00%、35.75%。

      2.2 海水脅迫對(duì)水稻上3葉葉面積的影響

      隨著海水脅迫濃度的提高,4個(gè)水稻品種的劍葉、倒2葉及倒3葉的葉面積總體呈下降趨勢(shì)(圖2),且隨海水濃度的增加下降幅度增大。圖2-A中,0.3%鹽處理下,與對(duì)照相比,湘兩優(yōu)900、旌優(yōu)007劍葉葉面積顯著下降,下降率分別為26.89%、18.70%,而Y兩優(yōu)957、晶兩優(yōu)534與對(duì)照差異不顯著。0.6%鹽處理下,與對(duì)照相比,4個(gè)品種劍葉葉面積均顯著下降,下降率分別為62.85%、64.81%、66.36%、38.51%,此外,0.6%與0.3%鹽處理相比,4個(gè)品種的劍葉葉面積均顯著下降,下降率分別為53.29%、56.72%、61.94%、28.87%。

      圖2-B中,0.3%鹽處理下,與對(duì)照相比,旌優(yōu)007倒2葉葉面積顯著下降,下降率為33.92%,而其他3個(gè)品種與對(duì)照差異不顯著。0.6%鹽處理下,與對(duì)照相比,4個(gè)品種倒2葉葉面積均顯著下降,下降率分別為62.78%、72.45%、72.40%、26.96%。此外,0.6%與0.3%鹽處理相比,4個(gè)品種的倒2葉葉面積均顯著下降,下降率分別為58.50%、58.31%、66.84%、23.98%。

      圖2-C中,0.3%鹽處理下,與對(duì)照相比,旌優(yōu)007倒3葉葉面積顯著下降,下降率為64.25%,而其他3個(gè)品種與對(duì)照相比差異不顯著。0.6%鹽處理下,與對(duì)照相比,4個(gè)品種倒3葉葉面積均顯著下降,下降率分別為68.62%、100.00%、100.00%、33.63%。此外,0.6%與0.3%鹽處理相比,4個(gè)品種的倒3葉葉面積均顯著下降,下降率分別為64.37%、100.00%、100.00%、27.76%。

      2.3 海水脅迫對(duì)水稻葉面積指數(shù)、葉面積衰減率的影響

      隨著海水脅迫濃度的提高,4個(gè)水稻品種的葉面積指數(shù)總體呈下降趨勢(shì)(圖3),且隨海水濃度的增加下降幅度增大。0.3%鹽處理下,與對(duì)照相比,4個(gè)品種葉面積指數(shù)均顯著下降,下降率分別為14.22%、28.84%、35.08%、10.91%。0.6%鹽處理下,與對(duì)照相比,4個(gè)品種葉面積指數(shù)均顯著下降,下降率分別為31.35%、46.44%、46.06%、48.24%。此外,0.6%與0.3%鹽處理相比,4個(gè)品種的葉面積指數(shù)均顯著下降,下降率分別為19.97%、24.74%、16.92%、41.90%。

      隨著海水脅迫濃度的提高,4個(gè)水稻品種的葉面積衰減率總體呈下降趨勢(shì)(圖4),且隨海水濃度的增加下降幅度增大。0.3%鹽處理下,與對(duì)照相比,4個(gè)品種葉面積衰減率均顯著下降,下降率分別為15.1%、31.41%、38.66%、11.99%。0.6%鹽處理下,與對(duì)照相比,4個(gè)品種葉面積衰減率均顯著下降,下降率分別為35.11%、52.30%、51.96%、53.25%。此外,0.6%與0.3%鹽處理相比,4個(gè)品種的葉面積衰減率均顯著下降,下降率分別為23.56%、30.46%、21.68%、46.87%。

      2.4 海水脅迫對(duì)水稻葉片干質(zhì)量的影響

      隨著海水脅迫濃度的提高,4個(gè)水稻品種的單株葉片干質(zhì)量總體呈下降趨勢(shì)(圖5),且隨海水濃度的增加下降幅度增大。0.3%鹽處理下,與對(duì)照相比,湘兩優(yōu)900差異不顯著,而其他3個(gè)品種單株葉片干質(zhì)量均顯著下降,下降率分別為23.85%、23.69%、10.31%。0.6%鹽處理下,與對(duì)照相比,4個(gè)品種單株葉片干質(zhì)量均顯著下降,下降率分別為16.95%、25.65%、27.96%、28.39%。此外,0.6%與0.3%鹽處理相比,湘兩優(yōu)900、晶兩優(yōu)534的單株葉片干質(zhì)量均顯著下降,下降率分別為17.00%、20.17%,而旌優(yōu)007、Y兩優(yōu)957差異不顯著。

      2.5 海水脅迫對(duì)水稻葉片SPAD值的影響

      隨著海水脅迫濃度的提高,4個(gè)水稻品種的SPAD值總體呈下降趨勢(shì)(圖6),且隨海水濃度的增加下降幅度增大。0.3%鹽處理下,與對(duì)照相比,Y兩優(yōu)957差異不顯著,而其他3個(gè)品種的SPAD值均顯著下降,下降率分別為3.30%、5.59%、5.93%。0.6%鹽處理下,與對(duì)照相比,Y兩優(yōu)957差異不顯著,而其他3個(gè)品種的SPAD值均顯著下降,下降率分別為5.65%、6.06%、10.36%。此外,0.6%與0.3%鹽處理相比,晶兩優(yōu)534的SPAD值顯著下降,下降率為4.71%,而其他3個(gè)品種差異不顯著。

      2.6 海水脅迫對(duì)水稻葉片光合勢(shì)的影響

      隨著海水脅迫濃度的提高,4個(gè)水稻品種的光合勢(shì)總體呈下降趨勢(shì)(圖7),且隨海水濃度的增加下降幅度增大。0.3%鹽處理下,與對(duì)照相比,4個(gè)品種的光合勢(shì)均顯著下降,下降率分別為13.54%、26.80%、32.24%、10.08%。0.6%鹽處理下,與對(duì)照相比,4個(gè)品種的光合勢(shì)均顯著下降,下降率分別為28.49%、41.79%、41.39%、44.36%。此外,0.6%與0.3%鹽處理相比,4個(gè)品種的光合勢(shì)均顯著下降,下降率分別為17.29%、40.49%、13.50%、38.12%。

      2.7 海水脅迫對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

      與對(duì)照相比,海水脅迫下4個(gè)水稻品種產(chǎn)量均顯著降低,且隨鹽濃度增加,水稻產(chǎn)量下降幅度逐漸增大(表1)。0.3%鹽處理下,與對(duì)照相比,4個(gè)品種的產(chǎn)量下降率分別為18.67%、27.63%、22.89%、24.26%。0.6%鹽處理下,與對(duì)照相比,4個(gè)品種的產(chǎn)量下降率分別為69.98%、71.36%、67.38%、68.37%。此外,0.6%與0.3%鹽處理相比,4個(gè)品種的產(chǎn)量下降率分別為63.09%、60.42%、57.70%、58.24%。在相同鹽脅迫下,各水稻品種產(chǎn)量均無顯著性差異。

      2.8 水稻葉片性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性分析

      對(duì)水稻葉片相關(guān)指標(biāo)與產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析(表2),水稻綠葉數(shù)、劍葉葉面積、倒2葉葉面積、葉面積指數(shù)、單株葉片質(zhì)量、葉面積衰減率、光合勢(shì)與產(chǎn)量均呈極顯著正相關(guān);倒3葉葉面積、SPAD值與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。

      3 討論與結(jié)論

      土壤鹽分積累對(duì)作物的影響是多重的,土壤鹽度的增加會(huì)降低土壤有機(jī)質(zhì)的含量,進(jìn)而降低作物產(chǎn)量,破壞生態(tài)平衡[21-22。鹽分積累會(huì)導(dǎo)致脫落酸的增加,并且造成土壤板結(jié),對(duì)水稻產(chǎn)生各種副作用甚至是毒害23。如果不采取措施及時(shí)遏制,鹽地土壤上的作物便會(huì)受到嚴(yán)重影響,輕則萎蔫,重則死亡,直接導(dǎo)致作物減產(chǎn),造成土地資源和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的損失。

      源是籽粒發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ),如綠色的莖、葉、鞘等,其中,葉是主要的源[24-25。作物源的生長(zhǎng)發(fā)育決定作物的光合能力,增源是決定光合產(chǎn)物的生成、影響庫的容量、實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[26-28。水稻葉片是光合作用的主要場(chǎng)所,也是主要的源部位,光合物質(zhì)的生產(chǎn)是水稻產(chǎn)量的主要來源29-30。綠色葉片在水稻進(jìn)行光合作用時(shí)至關(guān)重要,綠色葉片的凈光合量在90%以上,而其他部位的凈光合量不足全株的5%[31-32。葉面積指數(shù)是水稻群體結(jié)構(gòu)的重要量化指標(biāo),與源作用的大小息息相關(guān),源的大小又與作物的產(chǎn)量聯(lián)系緊密33-35。本研究中,隨著鹽濃度的增加,葉面積指數(shù)顯著下降,且葉面積指數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),表明鹽脅迫是通過影響葉面積指數(shù)從而造成產(chǎn)量下降的直接原因,與前人的研究結(jié)果[36-37一致。在0.3%和0.6% 2種濃度鹽脅迫下,湘兩優(yōu)900葉面積指數(shù)的下降率及葉面積衰減率的下降率在4個(gè)品種中均最低,分析其原因,可能是湘兩優(yōu)900對(duì)鹽脅迫的抗性最高,這一點(diǎn)在產(chǎn)量下降率中也有體現(xiàn),產(chǎn)量下降率分別為18.67%、69.98%。

      水稻上3張葉是高效葉片,在水稻的光合物質(zhì)積累中發(fā)揮重要作用[38,水稻葉面積受葉長(zhǎng)和葉寬影響,通過提高水稻上3葉葉面積,是提高葉片光合效率的直接因素[39。進(jìn)一步分析葉面積中的高效葉片,本研究中,4個(gè)品種水稻經(jīng)鹽脅迫處理后,上3葉葉面積顯著下降,劍葉葉面積、倒2葉葉面積與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),倒3葉葉面積與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān),表明鹽脅迫是通過影響上3葉,尤其是劍葉和倒2葉的葉面積從而造成產(chǎn)量極顯著下降。

      葉綠素是植物進(jìn)行光合作用吸收光能的色素之一,水稻葉片的SPAD值與其葉綠素含量呈正比[17,40,鹽堿脅迫引起的滲透脅迫不僅影響葉綠素的合成,同時(shí)也加速已合成葉綠素的降解。鹽堿脅迫引起的高pH值,破壞了離子穩(wěn)態(tài),使與葉綠素合成有關(guān)的離子如Fe2+、Mg2+、Cu2+等沉淀,進(jìn)而打破了葉綠素合成與分解的動(dòng)態(tài)平衡,導(dǎo)致葉綠素含量降低41-42。本研究中,在不同鹽處理下,SPAD值總是低于對(duì)照,這與邵璽文等的研究結(jié)果[43一致。本研究中SPAD值與產(chǎn)量呈顯著性正相關(guān),表明鹽脅迫不僅能夠通過影響源的大?。ㄈ~面積指數(shù)),還可以通過影響源的質(zhì)量(葉片SPAD值),從而造成產(chǎn)量顯著下降。

      光合勢(shì)體現(xiàn)水稻群體的光能利用效率,也是反映干物質(zhì)積累量的重要指標(biāo)[44-45,而水稻產(chǎn)量形成與干物質(zhì)積累量密切相關(guān)46。本研究中,不同濃度鹽脅迫下,光合勢(shì)均顯著降低,光合勢(shì)與產(chǎn)量極顯著相關(guān),與朱明霞的研究結(jié)果[47一致。因此,較大的光合勢(shì)是物質(zhì)積累與產(chǎn)量形成的關(guān)鍵。

      本研究對(duì)4個(gè)雜交水稻的葉片特性進(jìn)行了研究,鹽脅迫顯著降低了水稻葉片特性指標(biāo)數(shù)值及產(chǎn)量,且葉片特性指標(biāo)數(shù)值與產(chǎn)量顯著相關(guān),表明鹽脅迫生長(zhǎng)條件下葉片是決定水稻產(chǎn)量的重要指標(biāo)。因此要保護(hù)葉片功能,從而保證源的光合產(chǎn)物生成,促進(jìn)壯籽結(jié)實(shí),增加產(chǎn)量。在水稻耐鹽品種選育上,除了關(guān)注產(chǎn)量、抗病性等主要指標(biāo)外,建議把主莖綠色葉片數(shù)、上3葉葉面積、SPAD值等形態(tài)生理參數(shù)作為鑒定耐鹽性的重要指標(biāo)。在水稻耐鹽栽培上,前期通過旋耕洗田排鹽,施用土壤改良劑改良土壤,淺水層灌溉壓鹽、培育壯秧,合理密植等方式,達(dá)到提高苗期成活率、增加主莖綠色葉片數(shù)及群體葉面積的調(diào)控策略;中后期則可以通過淺水層灌溉壓鹽,葉面噴施調(diào)控劑等方式,減輕葉片鹽害損傷及延遲葉片衰老,維持葉片功能期的調(diào)控策略,形成鹽地強(qiáng)源延衰耐鹽高產(chǎn)栽培技術(shù),充分發(fā)揮葉片源的作用,實(shí)現(xiàn)鹽地高產(chǎn)。

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