籼稻品种水分利用效率差异的生理机制及其栽培调控

How to improve yield and water use efficiency under limited water resources is an urgent problem to be solved in rice production. Now, the relationship between water use efficiency and the characteristics of shoot and root of rice is lack of study, and the physiological mechanism of high water use efficiency is yet to be understood. With typical mid-season indica rice cultivars during cultivar improvement in Jiangsu as materials, the project is designed to investigate: (1) the change characteristics in the traits of morphology, structure and physiology of root, agronomy and physiology of shoot, and water use efficiency (leaf, population and yield levels) during cultivar improvement; (2) the relationship of water use efficiency with the traits of morphology, structure and physiology of root, canopy structure and function, assimilate accumulation and transportion during cultivar improvement, and physiological mechanism of high water use efficiency; (3) the regulating effects of water management and nutrient management on root and shoot growth and water use efficiency. This study is expected to clarify the relationship between water use efficiency and the characteristics of shoot and root of rice, reveal the physiological mechanism of differences in water use efficiency of mid-season indica rice cultivars, propose the cultivating approaches and techniques to improve yield and water use efficiency through coordinating root and shoot growth, and provide theoretical basis and practical guidance for high-yielding breeding and water-saving cultivation in rice.

如何在有限的水资源条件下提高产量和水分利用效率是水稻生产中迫切需要解决的问题。目前，水稻根、冠特征与水分利用效率的关系缺乏研究，水分高效利用的生理机制尚不清楚。本项目拟以江苏水稻品种改良过程中有代表性的中熟籼稻品种为材料，主要研究：（1）品种改良过程中根系形态、结构和生理特征、地上部农艺和生理特征以及水分利用效率（叶片水平、群体水平和产量水平）的变化特点；（2）品种改良过程中根系形态、结构和生理特征、冠层结构和功能、同化物积累和转运与水分利用效率的关系及其水分高效利用的生理机制；（3）水分管理和养分管理对根冠生长和水分利用效率的调控。通过本项研究，有望阐明水稻根、冠特征与水分利用效率的关系，揭示中籼水稻品种水分利用效率差异的生理机制，提出通过协调根冠生长来提高产量和水分利用效率的栽培途径和技术，为水稻高产育种和节水栽培提供理论依据和实践指导。

如何在有限的水资源条件下提高产量和水分利用效率是水稻生产中迫切需要解决的问题。本项目以江苏省近80年来有代表性的中熟籼稻品种为材料，研究了籼稻品种水分利用效率差异的生理机制及其栽培调控，获得了重要的结果。（1）发现中籼水稻品种改良过程中，籽粒产量和水分利用效率（包括产量水平WUEG、群体水平WUEP和叶片水平WUEL）逐步增加，以WUEG和WUEP增加尤为明显。同时，光照辐射利用效率和温度利用效率也随品种改良显著增加。（2）发现主要生育期（穗分化期、抽穗期和灌浆中期）的地上部干物重、总叶面积指数、有效叶面积指数、高效叶面积指数、叶片净光合速率、根干重、根系氧化力、根系伤流液中脱落酸含量和细胞分裂素（玉米素+玉米素核苷）含量的增加是中籼水稻品种产量和水分利用效率协同提高的重要原因；发现水稻叶片高的小叶脉密度有利于提高叶片水力导度，进而促进其气孔导度和净光合速率的提高，有利于水稻高产高效潜力的发挥。（3）提出了同步提高水稻产量和水分利用效率的栽培调控技术。发现采用全生育期干湿交替灌溉技术可获得较高的产量和水分利用效率，尤其在半矮秆杂交稻品种上表现明显。优越的群体质量和根系性能是半矮秆杂交稻在全生育期干湿交替灌溉条件下实现高产和水分高效利用的重要生理基础。同时干湿交替灌溉技术也可以改善稻米品质；发现采用综合优化栽培管理策略，主要包括增密、减氮、前氮后移、干湿交替灌溉、施有机肥等关键技术，可以实现水稻产量和资源利用效率的协同提高，同时可以改善稻米品质和减少稻田甲烷排放。灌浆期库容量和库活性的提高、叶源（叶面积、光合速率）、根源（根量、根系活性）和茎源（非结构性碳水化合物的积累与转运）质量的改善以及源库关系的协调是水稻高产高效重要的生理机制。上述研究结果对水稻水分高效利用品种选育和节水栽培有指导意义。（4）本项目已发表学术论文14篇，其中SCI收录论文9篇，授权发明专利1项，培养研究生3名。