1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
随着人类工业活动的不断发展,温室气体的排放引起了全球气温的逐步上升,温室效应日益成为全球环境恶化的主要因素[1]。水稻作为我国三大粮食作物之一,其总产量约占全国粮食产量的二分之一以上。稻米品质既受遗传因素支配,又受环境条件调控,环境温度是水稻生长发育的重要影响因子。水稻无论是在营养生长期还是生殖生长期,如果外界环境温度超过其耐受限度就可能造成高温热害[2]。有研究表明,温度每提高1℃,水稻产量将下降10%[3]。高温胁迫不仅会使水稻花器官发育不完善,水稻花粉发育不良、活力下降;更会影响水稻籽粒的灌浆,空粒增加;在高温胁迫下,稻米的整精米率下降、垩白度大幅增加、蒸煮食味品质变差[4-6]。淀粉是水稻胚乳中最主要的成分,由直链淀粉和支链淀粉组成,两种淀粉的比例和结构最大程度上决定了稻米品质的优劣[7]。
1、高温对水稻品质的影响
稻米品质主要包括加工品质(又称碾米品质)、外观品质、蒸煮食味品质、营养品质等。一般认为稻米品质既受遗传因素的控制,又受环境条件的影响。环境条件中温度被普遍认为对稻米品质的影响最为显著,尤其是灌浆结实期的温度影响更大[8-9]。稻米品质的不同指标对温度的敏感程度不同。垩白性状最敏感,抽穗至成熟阶段高温会加快水稻灌浆速率,缩短有效灌浆时间,籽粒充实度不足,淀粉及其他有机物质积累减少,米粒垩白增加,透明度变差[10]。粒长、粒形等受高温影响不大,主要受遗传因素控制;整精米率、蛋白质含量、胶稠度、糊化温度和直链淀粉含量等性状受高温影响的程度适中。
2. 研究的基本内容和问题
1、 研究目标
在全球气候变暖背景下,借助大田开放式增温系统,研究灌浆期增温对水稻籽粒淀粉合成、淀粉分支酶活性及其基因表达量的影响,探讨大田开放式增温对水稻籽粒灌浆的影响机理,明确江淮水稻产量和品质对增温响应的生理机制,拟为应对未来气候变暖背景下粮食安全生产、作物优质栽培提供决策依据和技术方向。
3. 研究的方法与方案
1、 研究方法
本实验通过增温(ET)和对照(CK)两个处理,进行单因素实验,探究增温条件下水稻品质、淀粉分支酶等指标对温度升高的响应机制。
4. 研究创新点
1) 明确了花后开放式增温对水稻籽粒淀粉合成的影响。开放式增温促进了淀粉相关合成关键基因的表达,导致灌浆前期水稻平均灌浆速率和最大灌浆速率增加,在灌浆前期能够促进籽粒灌浆,但在后期则抑制灌浆,致使灌浆活跃期缩短。
2) 通过大田开放式增温试验全面阐明了稻米品质对灌浆期温度小幅升高的响应特征。温度小幅升高导致稻米外观品质、碾米品质和蒸煮品质变差,但提高了食味品质和营养品质。
3) 明确了增温处理对籽粒淀粉体结构特性的影响。不同处理下籽粒淀粉体形态差异显著,开放式增温能够促进籽粒的发育,籽粒相对于对照发育迅速,籽粒充实度好。
5. 研究计划与进展
1、研究计划
2018年4月-2018年5月:查阅相关文献,明确实验研究背景与意义;
2018年5月-2018年8月:播种、安装加热装置、移栽、田间管理;
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