超高产杂交稻冠层形态结构和光合特性及其遗传研究

本项研究选用了具有不同冠层形态特征的两用核不育系3个、较优良的父本品种(系)10个，配组了具有超高产潜力的组合15个。以高产杂交稻汕优63作对照，2000年夏季对这些组合及其亲本进行了田间试验，参试的15个组合中有13个组合比对照增产，其中有2个组合比对照极显著增产、3个组合比对照显著增产。在充分了解国内外水稻冠层形态结构及其光合特性研究的基础上，为了探讨超高产杂交稻的形态生理基础和选亲配组规律，研究了产量形成过程中冠层形态性状、冠层群体结构和冠层光合特性之间及其与产量性状间的相互关系，以及一些重要的冠层形态性状和单叶光合速率的亲子遗传关系。获得的主要研究结果如下： (1)每穗颖花数的增加是超高产杂交稻扩大库容的主要途径。库容、生物产量和经济系数的同步增长(显著正相关)意味着源库关系在更高水平上的协调并伴随着流的顺畅，这是超高产育种的主要目标。 (2)比对照极显著增产的组合在花前茎鞘物质积累量及其运转、抽穗后冠层整体光合能力、经济系数三方面均具有较大优势。个别组合依赖经济系数的提高也可比对照显著增产。 (3)在冠层形态性状中，剑叶叶形和叶姿可代表冠层上部叶片的形态，也是影响产量的主要性状。剑叶长度与生物产量、经济系数和单株粒重显著或极显著正相关，而剑叶宽度与三者相关不显著，因此增加剑叶长度是解决大穗型水稻源不足的有效途径。剑叶基角和披垂角对生物产量、经济系数和单株产量有明显的负效应。株高和秆高也对三者有不利影响。 (4)试验中一些组合增产的原因之一是冠层中下部光照条件的改善，从而粒叶比提高，表现出具有较高光合性能的冠层结构，而叶面积指数和高效叶面积率与产量相关不显著，表明超高产的获得不在于光合面积的进一步增加，而在于冠层结构的优化。 (5)形态性状中对冠层结构有严重影响的主要是叶片的着生角度和披垂度。如剑叶的基角、张角和披垂角引起消光系数的增加、与粒重／叶面积显著或极显著负相关。秆高和株高的增加对产量的不利作用也是其对冠层结构的负面作用引起的。而剑叶面积和长度的增加不会引起消光系数的增加。 (6)孕穗期和乳熟期的单叶光合速率与单株粒重呈极显著正相关，因此单叶光合速率的提高是一些参试组合比汕优63增产的主要原因之一。尤其是在高光强下(光合有 效辐射为］33．8土1刀．spmol．m－’．s’），一些超高产杂交稻组合比汕优63具有更大的光合 作用优势，而在阴天（光合有效辐射为587．8上44．spmol．丁’．s’）情况下，单叶光合速率 比对照有不同程度降低。 （）测定的5个组合中，晴天高温条件下的光合作用午间减退现象表现三种类型： 一种是午间减退幅度很小；一种是午间减退幅度较大，但下午3时可以恢复；另一种是 午间减退幅度较大，至下午3 时仍不能恢复。 （8）群体光合速率与生物产量、经济系数和单株粒重密切相关。对群体光合速率 有负面影响的因素有消光系数、剑叶角度和剑叶宽度，而与之成正相关的因素有剑叶面 积、剑叶长、LAI和粒叶比。 u）两个不同时期（孕穗期和黄熟期）的叶面积指数和单叶光合速率平均值的乘积 可以更客观地评价冠层整体光合能力人卜LP与单株粒重和生物产量呈极显著正相夫， 证明了其可靠性。 （1）穗粒数和千粒重的遗传力较高，但穗粒数在杂种一代表现较强的优势，而千 粒重则没有优势，二者均与双亲平均值和父本值密切相关。因此为了发挥杂种一代穗粒 数的优势，必须选择穗子均较大、千粒重较高的父母本配组。 门）影响冠层结构和产量的主要形态性状一剑叶长度、剑叶角度和株高（秆高）在 杂种一代大多表现正向显性或正向超显性，因此为了利用剑叶长度的杂种一代优势，必 须选择父母本剑叶较长（但不长于50cm）的类型配组。而为了克服剑叶角度和株高（秆高） 的杂种一代优势对产量的不利影响，用来配组超高产杂交稻的父母本应具有较小的剑叶 着生角度（基角小于15度，披垂角小于5度）和适当的株高（父母本任一方的株高不超过 100cm左右、秆高不超过 70cm左右）。 （l）近半数组合的单叶光合速率表现正向超显性域超过了大值亲本），多数组合 超过了双亲平均值。因此杂种一代也存在单叶光合速率方面的优势，并且可通过选择具 有较高单叶光合速率的亲本配组，选育具有光合作用优势的组合。 （l）成熟期叶片中的SOD活性和POX活性与单叶光合速率和单株粒重均呈正相 关，尤其是POX活性与当时的单叶光合速率呈显著正相关。 对超高产杂交稻生物产量和经济系数与产量的关系及相应的增产途径、冠层形态结 构指标及其选亲配组规律，以及决定超高产杂交稻稳产性和适应性的光合适应性问题进 行了讨论。