杂交水稻高产制种群体的冠层光合特点与辐射利用机制研究

According to the characters of outcross population and the problem of yield ceiling in hybrid rice seed production, selected hybrid combinations with different yield level, regulated population with different panicle out or different outcross seed setting rates, and the populations in different seed product sites, will be used as the materials in this study for exploring the effect factors and mechanism of F1 seed yield potential in hybrid rice seed production from the view of solar energy usage. i.e. to study the photosynthesis characteristics and its contribution to F1 seed yield by means of carbon isotope tracing, measuring the photosynthesis enzymes activity and the parameters in photosynthesis system; to determine the solar radiation using characters and its effects on F1 seed yield by measuring the intercepted solar radiation amounts and the radiation use efficiency among the different seed production canopies. This study expects to explore the differential photosynthesis characters between the canopy green leaves and non-leaf green organs such as spikelet lemma, determine the effect mechanism of non-leaf photosynthesis and population solar radiation usage on F1 seed yield formation. The study results will provide the scientific basis and support in hybrid rice seed production for regulating and establishing a higher photosynthesis population, enhancing the solar radiation use efficiency and increasing F1 seed yield potential. It should also provide the theoretical foundation for breeding male sterile lines in hybrid rice breeding and establishing and perfecting of rice outcross cultivation system.

针对杂交水稻制种的异交群体特点和当前制种面临的增产瓶颈问题，以不同产量水平组合和不同产量制种区的群体，以及穗部外露程度不同和异交结实率不同的制种调控群体为材料，从光能利用入手研究杂交水稻制种产量潜力的影响因素与机制，即通过同位素示踪、光合酶测定、光合体系参数分析等方法，研究抽穗后外露穗层非叶光合器官（稃片、颖果皮）的光合特点及其对制种产量的贡献；通过对群体拦截太阳辐射量以及光辐射转化利用率的测定，明确不同制种群体的辐射利用特点及其对制种产量的影响。项目预期将揭示杂交水稻制种群体叶片和非叶器官的差异性光合作用机理，阐明杂交水稻制种中的非叶光合特点及群体辐射利用对制种产量的影响机制。项目的研究成果对于调控和构建杂交水稻制种的高光效群体，提高杂交水稻制种辐射利用水平，以及进一步提高制种单产提供依据和支撑，为杂交水稻高制种产量不育系的选育和高产异交栽培理论体系的建立与完善提供理论依据。

从上世纪90年代初开始我国杂交水稻制种产量已经徘徊了将近30年。由于杂交水稻种子生产是一种特殊的异交生产方式，杂交制种群体相对于水稻生产群体已经发生了明显的改变，因而必然对制种产量发生影响。为了从提高光能利用的角度寻找打破当前杂交水稻制种增产瓶颈的途径，本项目通过叶绿素含量和光合酶活性分析、光合速率测定、叶绿素荧光分析、14C同位素示踪、剪叶包穗包茎等方法，比较了杂交水稻制种母本非叶光合器官（绿色内外稃、绿色颖果）与绿色叶片在光合特点、光合碳同化特征、光合产物的分配与产量贡献等方面的差异；通过采用“920”用量、肥水管理、父母本行比、授粉天数调控形成不同的代表性群体，以及在不同生态区制种，对杂交水稻制种母本群体的光辐射利用及其与制种产量的关系进行了研究。研究结果表明，杂交水稻制种群体的非叶绿色器官在单位质量叶绿素含量、光合酶活性、光合速率等方面低于绿色叶片，但是穗光合产物输送到穗部的比率可达95%，穗部光合产物对穗重的贡献率高于30%,即非叶绿色器官（尤其是穗）存在一定水平的光合并且对制种产量具有较高的贡献，穗的位置上举、穗光合产物的就近运输和光保护能力强在一定程度上弥补了其在叶绿素含量、光合酶活性和光合速率等方面与绿色叶片的差距，从而对制种产量形成发挥了重要作用。正常授粉制种群体的产量差异主要与异交结实率、收获指数和群体拦截的太阳辐射量相关，但是后期授粉存在差异的群体的制种产量则与辐射利用率（RUE）呈显著正相关；在高产制种区的杂交水稻制种群体具有高干物重、高异交率、高辐射拦截量和高辐射利用效率、以及高收获指数的优势。因此选择具有良好生态条件的制种基地，重视制种组合母本非叶光合的发挥，提高母本群体的异交结实率和光辐射的拦截转化，提高光合产物的转运水平是提高杂交稻制种产量的重要途径。项目成果可部分解释杂交水稻制种产量低的原因，并为提高制种产量水平提供参考。