水稻叶热间距随叶位变化的生理机制及其对叶面积形成的影响

Phyllochron is defined as the thermal time elapsing between the visual appearances of two successive leaf tips. It is an important indicator to quantitatively estimate the response of crop growth and development to temperature. Researches have showed that phyllochron of rice presented a phased increase depending on the leaf position. However, the main physiological mechanism of change in phyllochron depending on leaf position and its effect on formation of leaf area are not clear. Rice lines with different leaf number and leaf morphology will be included in this study, and a photosensitive rice line acted as supplement. Piecewise function will be selected to precisely describe and calculate the change in phyllochron depending on leaf position on the main stem of the rice plant under nature condition and in phytotron. And on this basis, we will explore the key physiological process and regulatory mechanism through investigating leaf plastochron, leaf elongation rate, key regulatory factor and leaf morphological basis. The effect of change in phyllochron on formation of leaf area will be estimated by analyzing the relationship between change in phyllochron and changes in leaf area, leaf area of stem, leaf area of plant and leaf area of population. This study aims to provide theory reference for revealing the mechanism of rice development response to temperature.

叶热间距（Phyllochron）是指相邻两片叶子出现的热时间（Thermal time）间隔，是定量化衡量作物生长发育对温度响应的重要指标。研究表明水稻叶热间距随叶位的提高呈阶段性递增变化，然而叶热间距随叶位变化的关键生理机制及其对叶面积形成的影响并不明确。本项目以具有不同叶片数和叶片形态的水稻品系作为主要研究对象，以强感光型的水稻品系作为补充，运用分段函数模型对水稻在自然变温和人工控温环境下的叶热间距进行计算，明确叶热间距随叶位变化的定量特征；在此基础上，对决定叶热间距的两个重要因素﹝叶片分化热间距（Plastochron）和单叶出伸速率﹞及其关键调控因子和形态基础进行研究，探明叶热间距随叶位变化的关键生理过程和调控机制；通过分析叶热间距变化和单叶、单茎、单株、群体叶面积变化的关系，明确叶热间距的变化对水稻叶面积形成的影响。本项目旨在为揭示水稻发育过程对温度变化的响应机制提供理论参考。

水稻是我国主要粮食作物，而气候变化对我国不同生态区的水稻可持续种植及粮食安全带来了新的挑战。水稻出叶速率是水稻生长速率和生育进程对环境响应的重要定量衡量指标，受温度、品种遗传特性及所处生育期等影响。为探究在不同温度条件下水稻品种的出叶速率变化规律及其对源性状和产量形成的影响，本研究在长江中游地区，结合大田和盆栽试验对水稻在不同温度条件下的出叶速率及相关特征进行了研究。本研究得出的主要结果如下： .1、温度变化对水稻出叶速率存在显著影响，随播期推迟，水稻出叶速率均降低，水稻单叶出伸速率在不同温度条件下均呈现“双峰型”变化。不同温度条件下幂函数模型对水稻出叶速率均具有较高拟合度（R2= 0.9911和R2= 0.9816）。协方差分析表明，温度变化对水稻出叶速率有显著影响。.2、不同品种出叶速率存在显著差异，整体表现为常规籼稻>籼型杂交稻>籼粳杂交稻>常规粳稻。协方差分析表明，不同品种的出叶速率存在显著差异。.3、水稻出叶速率受到温度及叶片形态、单叶出伸速率的共同影响；心叶的出伸速率主要受到心叶前2片叶的影响。主成分分析表明，影响出叶速率有2个主要因子：1）平均温度、热时间、叶长、叶宽、单叶叶面积、单叶生物量、单叶比叶重；2）单叶出伸速率。.4、随播期推迟，水稻营养生长期平均温度升高，在主茎总叶片不变的情况下，营养生长期热时间增加，水稻产量提高。水稻营养生长期平均温度与结实率呈显著正相关（相关系数0.61），而热时间与千粒重呈显著正相关（相关系数0.40）。.综上所述，在长江中游地区播期推迟导致水稻营养生长期持续时间缩短，但营养生长期的平均温度提高，导致水稻在热时间上的出叶速率降低，产量随播期推迟而增加。在研究基础上利用SQL server和C#语言编程实现了相关模型的窗口化操作，最终构建了兼具机理和实用性的籼、粳稻生长模型，可用于不同生态环境条件下水稻生长进程和产量预测，合理播期的确定，高温热害的规避设计等。