高温对水稻生长发育的模拟研究进展

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1、一、立项依据（包括项目来源，研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势等）（一）项目来源国家重点基础研究发展项目（973计划）项目（项目编号2009CB118608）（二）研究意义全球气候变暖引致了局部地区高温、低温、洪涝、干旱等极端气候的频繁出现[1-2]。温度是影响作物生长的重要环境因子之一，长江中下游地区的高温热害[3-4]已有较多报道，且短期高温的出现频率也大幅提高，从而给农作物安全生产带来极大隐患。水稻是世界上重要的粮食作物之一，在中国粮食生产中有着举足轻重的地位。在过去的10年中，水稻面积几乎占我国粮食

2、总面积的30%，稻谷常年产量占粮食总产量的近45%，为国民提供了约40%的热量来源。水稻起源于低纬度的热带地区，形成了适应高温和短日照生态环境的特性。水稻生长发育具有一定的适宜温度范围；其中孕穗至抽穗扬花期对温度最敏感，灌浆成熟期次之，国内外学者已经就水稻生理生态指标对极端温度的变化规律做了不少研究[5-7]。作物模拟模型由于其机理性、动态性、预测性等特点，能有效的评价和预测作物生产系统的生产能力，成为全球气候变化对作物产量及生理特性影响的有效评估工具[8-11]。已有模型对正常条件下的作物生长及产量形成过程具有

3、较好的预测性，但在极端高温胁迫下，模型模拟的准确性还需要进一步改善。近年来，我国的环境自动控制技术得到了突飞猛进的发展，用于温度控制方面的设备从透明聚乙烯薄膜简棚遮盖、智能人工气候箱发展到温室远红外增温装置、自然光人工气候室[12]。其中自然光玻璃人工气候室由于环境温度控制的精确性、均匀性以及易操作性受到了国内外学者的青睐，为气候变化条件下高温逆境对作物生产力影响的模拟研究提供了基础。因此，基于人工气候室里实施的不同基因型水稻品种的高温处理试验，研究高温胁迫对水稻生长发育及产量形成过程的影响，并构建花后高温条件下

4、水稻产量形成的模拟模型，对于更好的预测未来气候变化对农业生产的影响，保障我国粮食安全等具有深远的意义。（三）国内外研究现状1高温对水稻产量形成影响的研究进展水稻高温胁迫具有时间和空间上的不确定性，因而生产上预防难度很大；高温对作物的影响过程也比较复杂：不同品种、不同生育期、不同高温强度和持续时间甚至不同高温（昼/夜温）类型下，对作物生长的影响都不一致[13]。1.1高温对不同类型品种水稻生长发育及产量形成的影响。Yoshida[14]早期研究表明，水稻品种对高温的抗性与柱头授粉数呈正相关，通常选用花粉散落特性较好

5、、花粉萌发力强与花粉管伸长迅速的水稻品种可以减少高温热害。在遗传性状表现上，Matsu[15]认为，花药内生空腔与药室之间的细胞层数越少以及花粉囊基部开裂长度越长是水稻高温抗性品种可能具有的性状指标。HorieT.etal[16]利用人工气候室比较了开花期9个粳稻品种在不同温度处理下的小花不实率及柱头花粉萌发率，发现在高温处理条件下，导致50%的不育率，且最敏感和最耐高温品种的高温阈值有3℃的差别。PrasadP.V.V[17]将14个不同水稻品种分别置于外界环境和高温环境下（+5℃），结果发现高温显著降低了结实

6、率，但不同品种对高温的反应有差异。隗溟[18]等将两优培九和汕优63在盛花期置于人工气候室36℃高温下处理不同时间的结果表明，高温导致两组合结实率下降，在无库源关系限制条件下，两优培九结实率明显高于汕优63。1.2不同生育阶段高温胁迫对水稻生长发育及产量形成的影响高温对水稻的一生都会造成影响；营养生长期遇高温，地上部和地下部的生长受抑制，叶面积的扩大和根系生长受阻，株高增高缓慢，分蘖减少，从而导致每亩穗数的减少，但营养生长期对短期的高温效应不敏感，因而对产量损失影响不大[19]。水稻生殖生长期受到热害造成产量的损

7、失要远大于营养生长期，其中又以水稻开花期受到高温影响最大，籽粒灌浆期次之[20-21]。郑志广[22]等研究了水稻灌浆结实期开花、乳熟和蜡熟三阶段高温对结实和干物质生产和分配的影响。结果表明，36℃以上高温使各阶段的单茎干物质积累速率和积累量降低，干物质在穗中的分配比率也降低。高温除蜡熟阶段使转运率提高外，在抽穗开花和乳熟阶段则均使运转率大大降低。马宝[23]发现，温度胁迫对水稻光合作用的影响不大，主要影响水稻的干物质重以及干物质分配比。高温胁迫下穗的干物重百分比下降，而茎和鞘的干物重百分比升高，且高温胁迫影响了

8、水稻的养分运移。高温引起干物质分配变化的同时，产量构成因素也相应发生了改变。李秉柏[24]等研究发现抽穗开花期高温胁迫明显降低了水稻花粉活力、花粉萌发率以及结实率(P<0.01)，并且随着胁迫温度的升高与胁迫时间的延长，花粉活力、花粉萌发率及结实率均急剧下降，但对千粒重的影响较小。Wheeleretal[25]发现开花时的极端温度将降低灌浆籽粒数或种子数。Randall[