高温胁迫下外源硅对杂交水稻结实、生理影响及施用技术研究
Effects of Exogenous Silicon on Seed Fertility and Heat-stress Physiology of Hybrid Rice under Heat Stress and Its Application

近年来,随着全球气候变化的发展,我国水稻高温热害的发生呈现日益加剧的态势,尤其是对温度更为敏感的杂交水稻组合,在高温年份减产严重,对我国水稻安全生产构成严重威胁.水稻热害具有强烈的发生不确定性,这给生产上预测灾害发生和即时防御带来了致命困难.因此,选用外源物质诱导水稻增强抗热性,直接抵御可能发生的热害,可能成为一条重要的技术路径.生产上如果在水稻生育前期施用某种物质致其产生抗性,待其在后来的关键生育期发生高温时,又可以有效减轻或避免高温危害的致害作用.外源硅在一些非生物逆境中扮演着"诱导抗性"作用,使植物系统在获得性抗性中受益,但有关硅对高温胁迫下水稻结实生理、诱导抗性效果及其施用技术的影响研究甚少.本研究在高温环境下,研究硅及其制剂在拔节前左右施用、诱导抗性在开花期前后的受害减轻效果.重点探讨施硅对控制高温下水稻颖花结实授粉性能和剑叶一般抗性指标的影响,并在田间温度逆境下,分别探讨了硅酸钠和硅复配制剂"优马归甲"对杂交水稻结实率的影响.主要结果如下:1.外源硅提高花期高温胁迫下杂交水稻授粉结实性能以杂交中熟籼稻品种金优63、汕优63为供试材料,在水稻拔节期连续喷施3次硅酸钠,并利用人工气候箱在水稻开花期进行5d常温/高温处理.结果显示,水稻拔节期施硅,能在开花高温条件下有效增强花药中可溶性酸性转化酶活性,减少花粉败育,提高花粉活力;增加花粉囊基部开裂裂口宽度;提高水稻每柱头上的授粉总数、萌发数和花粉萌发率;分别减轻了金优63、汕优63结实率降低幅度13.4%、14.1%.因此,外源硅可诱导增强水稻花器官的抗热能力,减轻结实率的降低,提高杂交水稻的抗热性.2.外源硅提高花期高温胁迫下杂交水稻的一般抗性试验选用2个品种(金优63、汕优63),在水稻拔节期连续喷施3次硅酸钠,利用人工气候箱在水稻开花期进行5d常温/高温处理.结果表明,外源硅可显著提高高温胁迫下水稻剑叶叶绿素含量,增大叶片净光合速率、气孔导度,减少细胞间CO2浓度的积累,增强叶片的光合作用,同时,减少叶片膜质过氧化产物丙二醛(MDA)含量的积累,提高抗氧化保护酶SOD、POD、CAT的活性,维持植株体内活性氧产生和清除系统的平衡,提高抗氧化能力.因此,外源硅改善了热胁迫下水稻剑叶常规抗逆水平,提高了水稻的一般抗性.3.硅酸钠减轻田间高温下杂交稻结实率的降低以金优63、汕优63为供试材料,以硅酸钠为硅源,设置4个硅浓度(T-CK, Ommol/L; T-1.25,1.25mmol/L; T-2.50,2.50mmol/L;T-3.75,3.75mmol/L),拔节期连续喷施3次,田间自然高温环境下测定开花期水稻花药开裂性能、柱头授粉性能和结实率的变化.结果表明,在田间高温下,T-1.25、T-2.50、T-3.75处理与对照T-CK相比,能平均分别提高金优63、汕优63每柱头上的授粉总数3.4%、30.5%,花粉萌发数16.9%、39.6%,花粉萌发率11.3%、7.0%,花粉萌发数大于10粒所占比例9.3%、27.6%,分别降低每柱头花粉总数小于20粒所占比例18.8%、8.1%;分别增加2品种花药基部开裂宽度19.0%、10.3%;分别提高2品种结实率10.6%、4.7%.综合来看,T-2.50处理效果最佳,在常温条件下,依然能分别提高2品种结实率2.6%、4.9%.在水稻拔节期喷施3种不同浓度硅酸钠制剂,均能在田间高温下减轻杂交稻结实率的降低,说明硅诱导杂交水稻增强了抗热性.4.硅复配剂"优马归甲"减轻田间温度逆境下杂交稻结实率的降低田间条件下,以超级杂交稻Y两优1号为材料,在水稻拔节后5d或齐穗后5d喷施3种浓度的硅复配制剂"优马归甲",探讨其对减轻高、低温逆境条件下水稻结实率降低的效果.Y两优1号先后在减数分裂期和开花期分别遭遇典型高、低温逆境,且结实率明显降低.但水稻在上述2时期喷施稀释药剂300倍(B1)、450倍(B2)和600倍(B3)优马归甲与对照(零施用)相比,均能显著减轻水稻结实率的降低,平均减轻7.3%.优马归甲施用时期间和施药量之间差异不大,两处理间也没有明显的互作.这表明在水稻拔节后5d、齐穗后5d和拔节后5d+齐穗后5d喷施稀释倍数为300、450、600倍的硅复配制剂"优马归甲",均可对关键生殖生长期(减数分裂期和开花期)遭遇温度逆境水稻结实率的降低起到减轻效应.综合上述,水稻拔节期喷施外源硅有可能使其在开花期前后显著提高对高温的抗性.这一诱导抗性显著提高水稻开花期高温胁迫下花粉内容充实物质关键酶活性、提高活力花粉的授粉数和授粉有效性.同时还显著提高了水稻叶片中的光合性能和主要保护酶活性.在田间条件下,水稻拔节期施用2.50mmol/L硅酸钠及一定浓度的硅复配制剂"优马归甲"能显著缓解高温导致的水稻结实率降低.由此可见,硅及其制剂可能成为未来水稻高温危害御防方法的一种重要技术选择.