超级杂交稻全生育期光合产物积累规律及调控机理研究

Photosynthesis is of fundamental importance for crop yield. Super hybrid rice variety should possess excellent photosynthetic performance in accordance with super high yield material basis throughout the whole growth period. The preliminary study suggests that the canopy leaf photosynthetic function seems being adjusted automatically to dry matter demand law of Phase I and Phase II super hybrid rice in different growth stage. Here, the relationship between dry matter accumulation and photosynthetic dynamic characteristics along with the growth of super hybrid rice will be investigated in this project by using the tipical varieties of Phase I, Phase II, Phase III and Phase IV super hybrid rice as materials and hybrid of 'Shanyou63' as a control. The photosynthetically physiological basis of super high yield potential and the universal law of the photosynthetic product biosynthesis, transportation and distribution will be analyzed in order to support breeding and cultivation of super high yield rice.

光合作用是作物产量形成的根本，超级杂交稻全生育期应具有超高产的光合生理基础。前期以第1、2期超级杂交稻为材料研究表明，超级杂交稻全生育期群体干物质积累的规律性变化，伴随着冠层叶片光合功能的相应调整。本研究以第1、2、3、4期超级杂交稻代表品种两优培九、Y两优1号、Y两优2号和Y两优900为材料，高产杂交稻汕优63为对照，对全生育期群体干物质积累规律及各功能叶片光合动态特性进行拟合研究，探明水稻超高产条件下植株干物质积累和需求变化规律与冠层功能叶光合特性之间的关系，寻求水稻超高产形成的光合生理基础，以及光合产物合成、转运与分配的基本规律，提出超级杂交稻高产形成的物质需求及其对应的动态光合机制，为水稻超高产育种、栽培提供理论支撑。

超级杂交稻大面积平均亩产已突破1000kg，然而，其全生育期光合产物积累规律及调控机理仍不清楚。本项目对比研究了第一、二、三、四期超级杂交稻全生育期光合动态和不同生长发育阶段光合产物的需求，对各时期单叶光合动态、群体光合能力、物质分配规律以及超级杂交稻高产抗倒伏的茎秆结构和物质积累特性等进行了调查分析。结果表明超级杂交稻在抽穗后期物质积累量显著高于普通杂交稻，尤其是进入幼穗分化期是超级杂交稻物质积累高峰期，超级杂交稻叶片厚、光合功能期长、灌浆期功能叶片数量多，冠层光合速率高，光合产物能大量合成且有效积累是“源足”的表现；超级杂交稻穗粒数多，结实率较高是 “库大”的表现；超级杂交稻还表现为光合产物利用效率高（较高成穗率和收获指数）。Y两优1号在乳熟期冠层叶片面积小于两优培九，但乳熟期上3叶平均光合速率在乳熟期高出两优培九 32.90%，更为重要的是基部叶片（倒4、5、6叶）平均光合速率高出对照127.55%，且冠层光合速率高于两优培九，证明通过提高叶片光合速率能有效提高冠层光合速率；茎秆顶1节节间长度比例（占茎秆总长度比例）由普通杂交稻38.4%到超级杂交稻的46.1%，证实超级稻株型改良过程中剑叶配置高度也随之改变，改善了冠层内部的透光能力，是弱光下超级杂交稻冠层光合速率高的重要原因；同时抽穗后所积累光合产量比例（占生物学产量比例）由常规稻24.71%到普通杂交稻的32.63%到第四期超级杂交稻46.87%，表明在抽穗后期保持稳定的冠层结构，维持相对稳定的冠层光合速率，对发挥超级杂交稻产量潜力非常重要。从上述结果可知，通过提高单叶净光合速率、改善冠层结构（如增加倒1节间长度）、注重抽穗后期光合产物积累是超级杂交稻育种和高产栽培应该关注的内容和方向。