水稻根系建成对土壤氧气的响应及对产量形成的影响机制

土壤氧气含量是水稻根系生长发育关键因子，直接影响根系生长分布、根系活力和生理功能。构建水稻"理想根系"，保持根系较高的活力和生理功能，后期"养根保叶"，将成为充分发挥超高产杂交稻产量潜力，进一步提高产量的重要途径。本项目拟以超高产杂交稻和气生根突变体（arn-1）为材料，采用大田试验和水培试验相结合，系统研究不同水稻材料在不同氧气环境下的根系特性，着重就土壤氧气含量与水稻根系生长发育、根系特性与产量形成之间的相关关系进行探讨。阐明土壤氧气对水稻根系生长发育的作用机制，明确不同氧环境下根系特性与水稻营养元素吸收利用、干物质生产运转的关系，建立土壤氧气含量与根系特性和产量形成之间的模拟方程，探索水稻"理想根系"构建的土壤氧气调控技术，为水稻增氧灌溉技术的推广应用提供理论和实践指导。预期结果对于解决超高产杂交稻后期早衰，制定水稻看苗诊断调控决策，集成超高产栽培技术，均具有重要的科学意义和实践意义

明确了微纳气泡水增氧灌溉对水稻的增产效果，揭示了增氧灌溉的增产机制。增氧灌溉下水稻产量增幅为4.9-9.2%，增氧灌溉在分蘖期促进水稻分蘖早发，提高有效分蘖比例从而显著增加水稻有效穗数；在灌浆期增强了水稻的根系功能，提高了叶片SOD活性，降低了MDA含量，延缓叶片衰老，延长了叶片功能期从而促进籽粒灌浆结实，提高结实率并最终增加产量。在此基础上提出的水稻增氧栽培法于2012年获得国家发明专利1项，该方法的示范效果较好。明确了3种不同类型水稻的单株不定根数、单株分支根数、单株根系总长度、单株根系干重和根系活性等根系特性对根际氧环境的响应具有一致性，即在分蘖始期不同根际环境处理间差异不明显，在分蘖盛期和齐穗期处理间差异达显著水平，且不同类型水稻对根际氧环境的响应差异明显。综合分析了根际氧供应对水稻生育后期叶片、根系抗氧化酶活性的影响，结果表明对中旱221而言，根际氧供应越充足越有助于延缓叶片和根系衰老，从而产量较高；不同根际氧供应处理下浙优1号的衰老顺序为CK> 8mg/l >2mg/l>4mg/>6mg/l，深水稻则表现为CK> 8mg/l >6mg/l>2mg/>4mg/l。相关结果已经在Procedia Engineering、Acta Physiol Plant、rice science和中国水稻科学等期刊发表论文多篇，获得授权发明专利2项，新申报专利1项。