水稻超高产育种潜力研究文档格式.docx

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合作指导教师：

吴长明　研究员

申请学位门类级别：

农学硕士

专业名称：

作物遗传育种

研究方向：

水稻超高产育种

所在学院：

作物学院

二零零三年五月

目录

中文摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract…………………………………………………………………………………Ⅱ

第一章文献综述…………………………………………………………………………1

1.水稻超高产育种研究的由来…………………………………………………………1

1.1水稻超高产育种的必要性………………………………………………………1

1.2水稻超高产育种的研究由来及国内外研究概况………………………………2

2.水稻超高产育种理论研究的现状与进展……………………………………………4

2.1育种方法…………………………………………………………………………4

2.2育种途径…………………………………………………………………………4

2.3育种理论…………………………………………………………………………4

3.超高产育种实践中的若干问题………………………………………………………8

3.1生育期适宜性问题………………………………………………………………9

3.2穗大小问题………………………………………………………………………9

3.3株形育种主要性状选择问题……………………………………………………9

3.4优势利用主要性状选择问题……………………………………………………9

3.5超高产栽培技术配套问题………………………………………………………9

3.6超高产与适应性和米质协调问题………………………………………………9

4.小结……………………………………………………………………………………10

5.水稻超高产育种的发展趋势…………………………………………………………10

第二章不同株穗形超高产水稻品种形态特征研究……………………………………12

1.材料与方法…………………………………………………………………………12

1.1试验材料…………………………………………………………………………12

1.2测定方法…………………………………………………………………………12

1.3数据分析方法……………………………………………………………………12

2.结果与分析…………………………………………………………………………13

2.1不同栽培条件下，不同株穗形水稻超高产品种的冠层发展动态比较研究…13

2.2不同株穗形水稻超高产品种LAI与群体消光系数和群体光分布的比较研究17

2.3不同株穗形水稻超高产品种群体LAI与群体生长量和产量研究……………19

2.4不同株穗形品种上三叶对籽粒产量的贡献……………………………………20

2.5不同株穗形品种的穗部性状与茎叶及其它性状的关系………………………20

3.讨论………………………………………………………………………………22

第三章不同株穗形水稻超高产品种叶绿素含量变化规律及籽粒灌浆动态研究……24

1.材料与方法…………………………………………………………………………25

1.1试验材料…………………………………………………………………………25

1.2测定方法…………………………………………………………………………25

1.3生长模式和参数的意义…………………………………………………………25

2.结果与分析……………………………………………………………………………26

2.1叶绿素含量变化………………………………………………………………26

2.2不同株穗形水稻超高产品种灌浆动态研究……………………………………29

3.讨论……………………………………………………………………………………33

3.1叶绿素含量变化研究……………………………………………………………33

3.2籽粒灌浆动态研究………………………………………………………………33

第四章不同株穗形水稻超高产品种产量构成因素分析………………………………35

1.材料与方法……………………………………………………………………………35

1.1试验材料…………………………………………………………………………35

1.2研究方法…………………………………………………………………………35

2.结果与分析……………………………………………………………………………35

2.1不同株穗形水稻超高产品种产量结构…………………………………………35

2.2不同株穗形水稻超高产品种产量三要素之间的相互关系……………………36

2.2不同株穗形水稻超高产品种产量三要素对产量形成的作用…………………37

第五章结论………………………………………………………………………………39

参考文献…………………………………………………………………………………40

致谢………………………………………………………………………………………45

中文摘要

在大田试验和盆栽试验条件下，对不同株穗形超高产水稻品种的叶面积生长动态、消光系数、直射光透过系数、植株全叶平均开张角度、叶绿素含量、叶绿素含量的变化总体规律、上三叶叶绿素含量变化，叶绿素与施氮量和栽培密度关系，上三叶对籽粒贡献率，以及籽粒灌浆动态、不同株穗形水稻超高产品种产量构成等进行了广泛的研究，结果表明：

1、不同类型超高产水稻品种的冠层形成动态在不同肥力和栽培密度条件下反应不同，但所有类型参试品种的叶面积生长均呈二次曲线，符合Y=b1X+b2X2方程；

在高肥水栽培条件下，株穗形较好的半直立穗型品种冠层形成动态为最合理的“快起慢落”型，同时群体消光系数小，直射光透过系数大，全叶平均开张角度小，株形收敛，在较高的LAI条件下保持较好的田间通透性，使中下部叶片得到较多的阳光，有利于发挥中下部叶片对籽粒的贡献作用，增加有效光合面积，发挥更大的增产潜力。

2、叶面积指数达到最大的时期不是田间最郁闭的时期，田间最郁闭的时期在叶面积指数最大时的前7天左右。

同时，群体生长量与叶面积指数呈极显著正相关，前期大部时间的生长量与产量呈显著正相关，因此群体生长量可以成为替代叶面积指数，成为育种者直观、方便的判别群体冠层结构好坏的重要指标。

3、不同株穗形水稻超高产品种抽穗后上三叶对籽粒贡献率不同，半直立穗型品种倒三叶贡献率最大，且倒二叶与剑叶对籽粒大小贡献率差不多，散穗品种剑叶对籽粒大小贡献中最大，倒二、倒三叶的贡献极小；

直立穗型品种虽倒三叶贡献率最大，但与半直立穗型品种相比，倒三、倒二叶贡献率不如半直立穗型品种。

4、穗颈大维管束数与穗粒数呈显著正相关，且受环境影响小，穗下第一茎节的大维管束数受环境较大，与施氮量呈显著正相关，可用栽培手段调节。

5、半直立穗型品种倒三叶、倒二叶的叶绿素含量在抽穗至穗后20天内始终高于剑叶，其它类型品种则剑叶叶绿素含量在穗后10天就高于其它叶片；

同时半直立穗型品种不同叶龄剑叶叶绿素含量变化为理想的“升快降慢”型；

直立穗型品种为“升快下降较慢”型；

对照小穗多蘖形品种为“升慢降慢”类型；

大散穗型品种为“升快降快”型。

6、以穗颈弯曲程度为指标，可将水稻划分为直立穗、半直立穗、弯曲穗三种类型，并且穗颈弯曲程度与剑叶长、剑叶长宽比、剑叶角度呈显著或极显著正相关，穗颈大维管束数与穗颈弯曲程度呈极显著负相关。

7、株穗形较好的半直立穗型品种上、中、下三部籽粒收获重量相差无几，分布均匀，与理论预测水平一致，灌浆速率高，灌浆物质充足，弱势粒得到了较好的充实；

直立穗型品种，下部籽粒重量远没有达到理论水平，弱势粒灌浆不足；

大散穗型超高产品种为明显的异步灌浆，上、中、下三部籽粒灌浆速率最大值的时间相差太大，下部籽粒收获时重量不到上部的一半，灌浆动态最不合理。

8、半直立穗型品种穗数、穗粒数与产量呈正相关，但通径分析结果表明，对产量直接正向作用的是穗数，穗粒数对产量为负向作用；

直立穗型品种是穗粒数和千粒重，散穗品种为穗数。

关键词：

水稻　超高产　籽粒灌浆动态　株形　穗型　叶绿素含量　叶面积

Abstract

Usingricevarietiesofdifferentplantandpanicletypes,studiesweremadeontrendsofLAI,lightextinctioncoefficient（K）,transmissioncoefficientfordefusepenetration（T.C.fordefuseP.）,meanleafangle,chlorophyllcontentsandregularityofchlorophyllchange,studieswerealsomadeonrelationshipsbetweenvariationofchlorophyllandnitrogencontents,densityoftransplantsamongvarieties,rateofupperthreeleavescontributiontograins,analysisongrainfillingcharacteristicsforvarietieswithdifferentplantandpanicletypes,andyieldelementsforsuperhigh-yieldingricevarietieswithdifferentplantandpanicletypes.Theresultsareasfollows:

1.Varietiesresponsivenesstonitrogensupplyanddensityoftransplantsvariedwithplantandpanicletypes,butthegrowthcurvesofallvarietiesfittedformula:

Y=b1X+b2X2.Nitrogen-responsivevarieties,thatis,varietiesofgoodplantandpanicletype---semi-erect,showedthatunderheavymanuringandhighplantpopulation,leafareaincreasedrapidlyintheearlygrowingperiod,thattheoptimumLAIwerehighintheheadingstage,thattheextinctioncoefficientofcanopydeclined,transmissioncoefficientfordefusepenetrationwerebigger,meanleafanglewerelessthantheothers,andtherateofleafreductionsloweddowninthelategrowingperiod.ItcouldkeeponbetterlighttransmissioninhigherLAI,thelightdistributionbelowthepaniclelayerinthesemi-panicletypewasmoreadequatethanthatinthepopulationoferectandcurvedtypesincreasedtheeffectiveareasofphotosynthesis,expressedhigheryieldatsamepotentialofsuperhigh-yield.Thus,itisobviousthatthesemi-erectpanicletypeistosuitthedevelopmentofcultivationunderheavymanuringandhigherplantdensity.

2.ItisnottheparticularperiodofthemostclosedpopulationatthetimeofthehighestLAI,butisthedaybeforeseventhetime.Atthesametime,theLAIhadasignificantpositivelycorrelatedwithGrowth.Thegrowthhadapositivelycorrelatedwithyieldattheearlygrowingperiod.

3.Thecontributionrateoftheupperthreeleavesvarietieswithdifferentplantandpanicletypestograinweredifferent.The3rdleafcontributionrateofsemi-erectpanicletypeisthehighest,and2ndleafandflagleafissimilar.Theflagleafcontributionofcurvedpanicletypeisthehighest,but2ndand3rdleafissmaller.Althoughthe3rdleafcontributionrateoferectpanicletypeisthehighest,butthecontributionofthe2ndand3rdleafislessthansemi-erect.

4.Significantcorrelationwereobservedbetweenthenumberofthelargevascularbundlesinneck-panicleandgrainnumberperpanicle,atthesametime,thenumberofvascularbundlesinneck-paniclewasmainlycontrolledbygeneticfactors.Thenumberofthelargevascularbundlesinthefirststipesundertheneck-paniclewasinfluencedbyenvironmentfactors.

5.The2ndand3rdleaveschlorophyllcontentofsemi-panicleweremorethanflagleafduring20daysafterheadingstage,theflagleafchlorophyllcontentofotherstypesishigherthananyothers10daysafterheadingstage.Atdifferentdates,variationofchlorophyllcontentsforflagleaf,semi-panicleisidealthatincreasedrapidlyintheearlyday,reductionsloweddowninthelategrowingperiod.

6.Thecurvatureofpanicleneckbadasignificantpositivelycorrelatedwithlength,length–widthratioandangleofflagleaf,negativelycorrelatedwiththenumberoflargevascularbundle.

7.Thefilledweightofupper,middleandlowerpanicleissimilarinsemi-panicle,reachedtheleveloftheory,hadhighergrain-fillingrate,thegrainsininter-subspecificofinferiorgrains.Theinferiorgrainsweightoferecttypewasfarbelowtheleveloftheory,theseed-fillingstagewaslower.Thelargecurvetypewassocalledtypicalasynchronoustype,theinferiorgrainweightishalfofuppergrains,anditsgrainfillingcharacteristicswasunsuitable.

8.Theyieldofsemi-erecttypehadasignificantpositivelycorrelatedwithpaniclesandspikeletsperpanicle,theresultoflatusrectumanalysisindicate,thepanicleshadapositiverelationwithyield,thespikeletsperpaniclehadnegativerelationwithyield.Theyieldofhadapositiverelationwiththespikeletsperpanicleoferecttype,andwiththepaniclesofcurvetype.

Keywords:

rice,superhigh-yield,grainfilling,planttype,panicletype,leafarea,chlorophyll

第一章　文献综述

1、水稻超高产育种研究的由来

1.1水稻超高产育种的必要性

我国明朝末年徐光启（1562～1633）研究明皇室子孙在210年之间“吃皇粮”的人数时，首先发现了每三十年人口要增加一倍的规律性现象（竺可桢，1964，1979）。

生卒之年在他之后近二百年的英国ThomasRobertMalthus（马尔萨斯）（1766～1834）也得出人所共知的同样的结论，Malthus还指出人口增长较快于食物增加的趋势。

这个趋势发展到现在，问题不仅是十分明显，而且已是十分严峻的世界性问题了（杨守仁，1982，1995）。

当今世界，随着工业化进程及城镇化、公路建设的步伐加快，耕地面积锐减，人口的增长与粮食生产的矛盾更加突出，加之频繁的自然灾害，饥饿危机与日俱增，尤其是我国，我国是一个人口大国,现有12亿多人口。

人多地少,人均耕地面积不足0.093hm2。

我国的粮食生产以占世界7%的耕地养活世界22%的人口，随着人口数量的剧增，耕地面积不断减少，粮食供求矛盾日益突出，粮食形势愈加严峻。

我国增加粮食生产的必要性和迫切性要求在现有粮食产量的基础上必须进一步提高粮食总产。

扩大耕地面积、提高作物复种指数（其实也是提高单位面积产量）、提高单产是提高总产仅有的三个手段，扩大耕地面积是不可能的了，故应以提高作物单产为突破口，大幅度提高单产水平，从而增加粮食总产（江泽民，1994）。

水稻是主要的粮食作物之一，全球半数以上的人口以稻米为主食，稻米在亚洲人食物组成中的比例高达49%；

水稻在我国是最重要的粮食作物，播种面积和总产量均占粮食作物首位。

同时我国又是全世界人均消费稻米最高的国家，水稻的产量和品质直接影响着我国粮食安全和广大人民的生活，稻米生产与人民的生活息息相关。

水稻产量的提高，也主要有两条途径：

一是扩大种植面积；

二是提高单产。

从我国目前的实际国情来看，由于近几年干旱气候的发生，水田面积下正在逐年缩减，仅吉林省2003年就减少吉林省水田种植面积的1/3，辽宁、黑龙江、内蒙也大面积减少水田的种植面积，南方省份虽水源充足一些，但水田面积基本已经达到饱和状态，扩大种植面积已不可能，然而我国又是以稻米为主食的国家，在人口的增长同时，对稻谷的需求必然会逐年提高，为解决人口增长与水田面积缩减的矛盾，提高单产是最主要的途径。

农业生产和作物育种的历史表明，凡在育种上有所突破，就会给农业生产带来一次质的飞跃。

如杂交玉米和高粱，矮秆水稻和小麦的育成和应用，都在世界范围内大幅度地提高了这些作物的产量。

现代水稻育种始于20世纪初。

当时以重新的孟德尔遗传学作为育种的理论基础，前半个世纪主要是靠纯系分离法，后半个世纪靠杂交育种法选育出了一批又一批新品种，结合配套的栽培技术使水稻每公顷产时由起步时的1.5t提高到8－9t的高水平。

在现代水稻育种发展历史中曾出现两次重大突破（徐正进，1993）。

第一次是50年代末60年代初的矮化育种。

1956年，我国广东省潮阳县农民育种家在早籼高秆品种“南特16号”矮秆抗倒伏变异中，选育世界上第一个用于大面积生产的矮秆早籼品种“矮脚南特”。

与此同时，我国台湾省用矮秆地方品种“矮脚仔”与高秆品种“菜园”杂交，育成了“台中本地1号”；

广东省农业科学院用从广西引进的“矮仔占”中选择的矮秆品种“矮仔占4号”与高秆品种“广场13号”杂交，育成了矮秆品种“广场矮”；

以及后来1962年国际水稻研究所用原产于我国台湾的“低脚乌尖”和印度尼西亚高秆品种“Peta”杂交，于1966年选育出了著名的矮秆品种“IR8”。

从此水稻育种进入矮化时期，使水稻品种产量潜力跃上了一个新的台阶，把水稻产量提高了20%－30%。

其成功之处在于降低株高，增强水稻的耐肥抗倒性及抗病性,并提高谷草比值，使收获指数大幅度提高（黄耀祥，1990；

陈启峰，苗果园，1991）。

第二次飞跃是70年代杂交水稻的育种成功。

1964年湖南省黔阳农校在“胜利”籼中发现了天然不育株。

继后在籼稻洞庭早籼“南特号”、粳稻“早粳4号”、“京引63号”等品种中都找到了天然不育株。

这种类型为N型（核质作用类型）不育，难以找到保持系，而恢复材料较多。

1970年冬，该校与有关单位（湖南省水稻杂种优势利用协作组等单位），在海南省崖县南红农场发现一株花粉败育型的野生稻，简称“野败”。