作物株型与产量研究进展论文

株高和分蘖是影响水稻株型和产量的核心要素。分蘖数直接影响有效穗数，因此对水稻产量的形成具有重要影响。株高能够直接影响作物的耐肥性和抗倒伏性，矮化育种推动了第一次“绿色革命”的发生。水稻的株高与分蘖通常存在一种负相关的关系，株高高的水稻一般分蘖较少，而株高矮的水稻一般分蘖较多。赤霉素是影响水稻株高的主要激素之一。生产实践中，对水稻秧苗喷施适宜浓度的GA合成抑制剂多效唑，可以使秧苗矮化，促进分蘖的增加。然而，人们对赤霉素如何协同调控水稻株高与分蘖的分子机理仍不清楚。解析水稻株高与分蘖协同调控的分子机理具有重要的科学意义与理论价值，对水稻株型改良及品种设计具有重要的应用价值。 中国科学院大学博士生导师，遗传发育所植物基因组学国家重点实验室李家洋研究员课题组长期致力于对水稻株型调控机制的解析，克隆了调控水稻分蘖形成的首个关键基因MOC1（Monoculm 1）（Li et al., Nature, 422: 618-621, 2003）及其调控基因TAD1 (Tillering and Dwarf 1)（Xu et al., Nat Commun, 3: 750, 2012）。近期，李家洋研究组在水稻株高与分蘖协同调控的分子机理研究上取得新进展，发现GA缺陷突变体分蘖数的增加是由于促进分蘖芽的伸长而非影响分蘖芽的起始导致的。进一步研究发现GA信号通路中的关键抑制因子DELLA蛋白SLR1可以直接与MOC1蛋白发生相互作用。SLR1能够通过抑制MOC1蛋白的降解从而促进分蘖的伸长。GA处理后，SLR1蛋白降解，进而无法抑制MOC1蛋白的降解，导致MOC1蛋白减少，植株表现出株高增加、分蘖数减少的表型。研究还发现SLR1对MOC1的抑制效应并不依赖于TAD1途径，且GA信号对株高和分蘖的调控分别影响不同的下游基因，为打破株高与分蘖的连锁效应提供了可能性，从而为分子设计育种提供理论基础。该研究解析了赤霉素信号协同调控水稻株高与分蘖的分子机理，是该领域的一项重要进展。 该论文于2019年6月21日在线发表于Nature Communications（DOI:)，中国科学院大学已毕业的博士研究生廖志刚（培养单位：遗传发育所，导师：李家洋研究员）和遗传发育所余泓副研究员为该文章的共同第一作者，李家洋研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、科技部等项目的资助。 

早稻生产特点及产量差异分析农科论文

武穴市是湖北省粮食生产大市,常年水稻种植面积5万hm2以上,稻田种植制度是以双季稻为主的一年多熟制。近年来,通过国家粮食丰产科技工程、超级稻示范推广、粮食高产创建等重大项目的实施,有力地推动了双季稻生产,双季稻面积实现了恢复性增长。因此,早稻生产在粮食生产中具有重要地位。在大面积生产条件下,早稻产量差异较大,主要表现为项目核心区、示范区、辐射区间的差异及镇(处)间、品种间、种植方式间、田块间的差异。为此,通过调查分析全市早稻产量表现及产量差异原因,为实现缩小产量差异、提高产量稳定性和平衡增产的目的提供参考。

1 材料与方法

调查地点

采用随机抽样和典型抽样[1]相结合的方法,在梅川镇、花桥镇、大金镇、余川镇、石佛寺、四望镇、大法寺、万丈湖等8个镇(处)测产调查118个田块。

调查品种

5个杂交早稻(两优287、H两优302、金优458、W两优3418、金优402)和3个常规早稻(鄂早18、鄂早17、中嘉早17),共8个品种,其中两优287、金优458和中嘉早17为超级稻品种。

测产方法与统计分析

每个田块根据产量水平按对角线选取3个代表样点,分别考查株高、密度、单穴有效穗数、每穗粒数,千粒重按品种常年平均值计。根据张玉屏等[2]的方法测定密度和产量,移栽稻每个样点分别测量10行20穴,抛栽稻和直播稻用1 m×1 m钢管框架测量框内有效穗数,根据田间利用率[(实际面积—沟面积)/实际面积×100%]折算群体密度,割取与测量每穴穗数相对应的水稻植株50穴,脱粒计产,晒干实粒称重。最后进行密度、有效穗数及产量的折算。

试验数据统计分析采用SAS v 9,作图采用CorelDRAW 9绘图软件。

2 结果与分析

早稻生产特点

近年来,通过从水稻育秧、移栽等环节进行技术优化,武穴市早稻种植方式呈现多样化的特点,直播、旱育秧、抛秧、机械化栽播及免耕栽培技术应用面积不断扩大。据统计,2011年全市早稻面积万hm2,其中空闲茬前三田面积万hm2,油菜茬后三田面积万hm2。早稻直播面积万hm2,占早稻面积的',与常年相比,直播面积有所下降,可能与上年早稻直播期间遇极端低温阴雨天气造成烂种、烂芽、减产有关[3]。早稻移栽面积万hm2,占早稻面积的,其中旱育秧移栽面积万hm2,占早稻面积的;常规育秧移栽面积万hm2,占早稻面积的。抛秧面积万hm2,占早稻面积的,其中翻耕抛秧万hm2,占早稻面积的;免耕抛秧万hm2,占早稻面积的。机械插秧和机械直播面积万hm2,占早稻面积的。

早稻产量表现

田间测产结果表明,2011年全市早稻平均产量7 kg/hm2,最高产量9 kg/hm2,最低产量4 kg/hm2,产量极差4 kg/hm2,标准差1 kg/hm2,变异系数。早稻产量水平接近正态分布,产量主要分布在6 750~8 250 kg/hm2,共有66个田块,占;其次分布在6 000~6 750 kg/hm2和8 250~9 000 kg/hm2,分别有18和16个田块,分别占和;分布在5 250~6 000 kg/hm2、小于5 250 kg/hm2和大于9 000 kg/hm2的田块较少,分别为8、5和5个田块,各占、和。

不同镇(处)早稻株高、产量结构及产量变化

水稻株高与品种特性、土壤肥力、栽培条件等因素有关。已有研究表明[4,5],水稻株高与生物产量呈显着的正相关,尤其在高产条件下关系更为密切,而生物产量增加又是穗粒数和千粒重增加的物质基础。由表1可知,各镇(处)早稻株高为 cm,以大金镇最高,比其余各镇(处)高 cm,经相关分析,株高对产量的决定系数r2= 7。有效穗数以花桥镇最高,四望镇最低,有效穗数极差万穗/hm2;每穗粒数以花桥镇最高,四望镇最低,每穗粒数极差粒。花桥镇、大金镇、梅川镇和余川镇4镇产量高于全市平均产量,其中花桥镇、大金镇产量分别为8 、8 kg/hm2,与全市平均产量相比增产极显着,产量结果与粮食高产创建专家组验收结果相吻合,与两镇粮食高产创建整体推进、建立高产创建示范区域并加强品种与栽培技术配套有关;万丈湖、大法寺、四望镇、石佛寺4镇(处)产量低于全市平均产量,其中万丈湖办事处产量与全市平均产量相比减产极显着,大法寺减产显着。

不同品种产量结构及产量变化

不同早稻品种产量结构及产量有较大差异。由表2可知,因栽培起点不同,3个常规早稻鄂早18、鄂早17和中嘉早17有效穗数较多,鄂早17、鄂早18有效穗数、每穗粒数和产量变异均较小。杂交早稻有效穗数适中,每穗粒数较多。超级稻两优287、金优458、中嘉早17有效穗数、每穗粒数和产量变异较大,表明超级稻品种增产潜力较大,同时对栽培技术要求严格,必须良种良法配套。8个品种中以H两优302产量最高,鄂早17产量最低,H两优302、两优287、中嘉早17、W两优3418、金优458较平均产量增产,其中H两优302、两优287增产极显着,中嘉早17增产显着,超级稻金优458比平均产量增产,超级稻品种增产潜力未充分发挥;鄂早17、金优402和鄂早18比平均产量减产,其中鄂早17和金优402减产极显着。

不同种植方式下产量结构及产量变化

早稻不同种植方式下产量结构及产量变化情况见表3。由表3可知,移栽稻产量结构较为合理,有效穗数和每穗粒数变化幅度最小,产量稳定性最好;直播稻有效穗数最多,每穗粒数最少,产量稳定性最差。直播稻和抛秧稻田间分布无序、不均匀,且抛秧稻株型松散、叶片张角大、后期植株间受光不均匀[6],可能导致直播稻和抛秧稻穗型整齐度较差,每穗粒数变异较大。产量以抛秧稻最高,移栽稻次之,直播稻最低,其中抛秧稻产量与全市平均产量相比增产显着。不同种植方式下产量结构及产量变化情况与笔者之前研究结果一致[3],试验及调查的重演性好[1]。

产量差异原因分析

有效穗数与产量 早稻产量随着有效穗数的增加而增加(图2),对有效穗数(x1)和产量(y1)进行相关分析,得回归方程y1=— 5,因此有效穗数是影响早稻产量差异的主要因素。群体有效穗数由种植密度和单位面积穗数决定,生产上适当增加种植密度和基本苗数、加强田间管理、提高成穗率是缩小早稻产量差异、提高产量稳定性的重要技术对策。

每穗粒数与产量 经相关分析表明,早稻每穗粒数(x2)与产量(y2)存在线性关系:y2=—2 9(图3),早稻产量随着每穗粒数的增加而增加,每穗粒数也是影响早稻产量差异的关键因素。穗粒数主要决定于幼穗分化期和长穗期,中后期培育壮秆大穗是增加早稻每穗粒数的重要栽培目标。

3 小结与讨论

武穴市早稻生产轻简化栽培应用比例较高,种植方式呈现多样化的特点。2011年早稻平均产量7 kg/hm2,产量主要分布在6 750~8 250 kg/hm2,占。早稻产量差异主要表现在镇(处)间、品种间和种植方式间。花桥镇产量最高,与全市平均产量相比增产极显着,万丈湖产量最低,减产极显着。H两优302表现了较好的增产潜力,与平均产量相比增产极显着;超级稻品种产量表现不同,两优287、中嘉早17与平均产量相比增产极显着和显着,金优458增产不显着,超级稻品种产量结构和产量变异幅度较大,必须加强良种与良法配套;鄂早17和金优402与平均产量相比减产极显着。有研究表明不同种植方式对水稻产量有显着影响[7],此次调查结果表明,3种种植方式间以抛秧稻产量最高,移栽稻次之,直播稻最低,其中抛秧稻增产达显着水平。

高良艳等[8]的研究表明,产量构成因素中穗粒数、结实率和千粒重与产量均呈正相关,每穴穗数与产量呈负相关。本调查结果表明,导致早稻产量差异的主要因素是有效穗数和每穗粒数,产量随有效穗数和每穗粒数的增加而增加。大面积生产上必须根据品种特性制定合理的栽培技术措施,充分发挥品种的生产潜力,增加生物量、提高有效穗数和每穗粒数,以达到缩小产量差异、增加产量的目的。