干旱胁迫下水稻调控同化物分配的稳产机理研究

Global climate change resulted in the rice planting area that encounters drought stress continuously enlarging. How to maintain a relatively high grain yield under drought stress or water-saving conditions is an important subject in the crop cultivation area. Our previous study showed that a few rice genotypes could maintain relatively high by decreasing root to shoot ratio (R/S). So the drought caused yield reduction could be relieved by adjusting assimilate allocation, which should be one of the effective ways to enhance rice water use efficiency. However, its physiological mechanism is not clear yet. In this study, two contrasting rice genotypes (R/S increase and R/S decrease) will be used and below experiments will be carried out: (1) the root morphological structure and physiological traits change of two different R/S type rice genotypes under drought stress, explore the relationship between root traits and assimilate allocation; (2) the sugar metabolism related traits change of two different R/S type rice genotypes under drought stress, explore the relationship between sugar metabolism and R/S; (3) the hormones content change of different R/S type rice genotypes under drought stress, explore the regulating effect of hormones on assimilate allocation; (4) the differentially expressed genes study, explore the molecular mechanism of R/S change under drought. The study is to clarify the mechanism of acquiring high grain yield by reducing assimilate allocation to root in rice, the results of this study will provide theoretical basis for maintaining relatively high yield under drought conditions.

全球气候变化导致水稻遭受干旱胁迫的面积不断扩大，如何在干旱时维持较高的产量，对保障粮食安全至关重要。申请人发现，在干旱胁迫下，少数品种的产量并未显著降低，与大多数品种在干旱下增大根冠比的规律不同，这些品种可通过调控同化物分配、降低根冠比来提高抗逆性，缓解干旱对产量的影响。这为干旱逆境下水稻不降低地上产量找到了一个有希望的途径，为揭示其生理机制，本项目拟以干旱胁迫下根冠比增大和减小的2个典型水稻品种为材料，研究其在干旱胁迫下：（1）根系形态结构和生理特性的变化规律，明确根系特性与同化物分配的关系；（2）植株地上、地下糖代谢水平的变化规律，阐明糖代谢变化对同化物分配的影响；（3）根源激素含量的变化规律，揭示激素对同化物分配的调控作用；（4）分析差异表达基因，探索干旱下根冠比变化的分子机制。本研究将揭示的干旱胁迫下水稻通过调控同化物分配维持高产的机制，可为缓解干旱逆境下的大幅度减产提供理论指导。

全球气候变化导致水稻遭受干旱胁迫的面积不断扩大，如何在干旱时维持较高的产量，对保障粮食安全至关重要。本项目利用盆栽和大田试验，以干旱胁迫下根冠比增大和减小的2个典型水稻栽培品种和1个水稻重组自交系群体为材料，通过设置淹灌（对照）和全生育期干旱胁迫（土壤水势-30 kPa左右）处理，主要在水稻分蘖盛期和抽穗开花期开展了以下研究：（1）不同根冠比类型水稻农艺性状与干物质积累分配规律的差异研究；（2）不同根冠比类型水稻根系形态结构和生理特性对干旱胁迫的响应差异；（3）不同根冠比类型水稻地上、地下糖代谢水平和根源激素含量对干旱胁迫的响应差异；（4）利用水稻遗传群体材料进一步验证同化物分配规律及其生理基础。初步得到以下研究结果：（1）干旱处理下，旱优113（HY113，根冠比减小型）的根系渗透调节能力和气孔调节能力较高，即干旱下HY113能较好地维持植株水分状况；其后生木质部导管数目显著高于扬两优6号（YLY6），根系伤流强度优于YLY6，表明干旱时HY113仍保持较强的输水能力，以维持HY113在干旱条件下仍能较好地生长。（2）干旱处理下，YLY6植株的干物质积累显著高于HY113，主要是因为YLY6的根系干物质积累较多；但HY113的根系活力与吸收能力显著高于YLY6，较强的根系活力促进了光合产物的形成及运输，使得干旱下HY113地上干物质积累的降低幅度较小，因此其在干旱条件下具有一定的稳产性。（3）在遭遇干旱胁迫时，水稻遗传群体中同样出现了根冠比增大和减小的不同类型，其中绝大部分株系的根冠比显著增大，少数株系的根冠比显著降低；根冠比增大型均为小根系（即根长和根体积均较小），而根冠比减小型株系的根系均较大。（4）干旱胁迫下水稻植株的叶片水势、叶片SPAD值、根系活力、根伤流速度以及激素含量的变化，均与同化物在地上、地下的分配比例变化密切相关。本项目的研究结果可为缓解水稻干旱逆境下的大幅度减产提供理论指导。