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倒伏在水稻的生产过程中普遍存在,倒伏发生后,水稻的植冠结构将会被破坏,光合速率与干物质生产能力急剧下降,严重时折断茎秆或将根系拉出地面,从而阻塞水分、矿物质及光合同化物运输系统,导致水稻产量与品质严重下降,同时引发机械收割问题。除了从品种选择、幼苗培养、合理密植、平衡施肥等方面来提高水稻抗倒伏能力,植物生长调节剂被广泛用于水稻抗倒伏研究,如多效唑、烯效唑、矮壮素、乙烯利等,均可以矮化植株,从而提高抗倒伏能力。然而乙烯利作用于水稻后会造成一定的减产现象发生,“劲丰”是一种新型稻麦增产抗倒调节剂,其主要成分是乙烯利,既能增强作物抗倒性又具有显著的增产效果。本研究以连粳7号为材料,在破口期喷施乙烯利、劲丰,结合形态指标、理化参数、茎秆转录组测序(RNA-seq)等分析技术,分析其对水稻抗倒伏及产量的影响,以期从水稻的形态特征、生理生化和分子水平阐明水稻抗倒增产机理。 1.生长调节剂对水稻农艺学性状的影响 水培条件下,连粳7号破口期喷施乙烯利(150 ml/667 m2)、劲丰(150ml/667m2),水稻茎杆倒1节、倒2节、倒3节、倒4节节间及穗长缩短,显著降低了植株株高。同时,茎秆单位节间干物重增加,从而提高了茎杆机械强度,增加了抗倒性。水培条件下,造成了穗粒数的减少,千粒重的降低,这可能与较高的处理浓度抑制后期光合活性进而影响后期籽粒灌浆所致。大田栽培条件下,喷施劲丰(100ml/667m2)增加了穗粒数,提高了千粒重,最终增加产量;而乙烯利(100 ml/667 m2)则对穗粒数有一定程度的降低,产量增加不显著。另外,劲丰、乙烯利处理后,地下部分干物重有不同程度的增加,为后期水稻高光效的维持,促进灌浆、提高产量提供了物质保障。 2.生长调节剂对水稻理化指标的影响 水培条件下,连粳7号破口期喷施乙烯利(150m1/667m2)、劲丰(150ml/667m2),处理后3-15d,茎秆激素乙烯(ETH)、生长素(IAA)含量升高,而赤霉素(GA)含量下降。ETH、GA直接调节水稻茎秆缩短,IAA通过促进ETH合成来调控茎秆缩短。茎秆单位节间干物重、可溶性糖、淀粉、纤维素、半纤维素含量升高,矿质元素K、Cu、 Zn含量升高,Mg、 Mn、Fe含量降低,提高了茎秆的充实度,增强了茎秆的机械强度,从而提高了抗倒伏能力。处理后30d根系活力与对照相比明显增加,这对维持根系较高的吸收活力,保持地上部分的高效生产能力提供了物质基础。 3.生长调节剂对水稻茎秆基因表达的影响 对劲丰、乙烯利处理下的连粳7号穗下节间进行转录组测序,并对差异表达基因进行分析,发现这些差异表达基因主要包括参与乙烯合成途径、光合同化物固定途径的相关基因表达量发生了上调,参与赤霉素合成途径的相关基因表达量下调。同时,研究发现劲丰、乙烯利处理后同样能引起转录因子、氧甲基转移酶、病程相关蛋白基因的上调表达。其中,ETH和GA主要参与水稻株高的控制,转录因子、氧甲基转移酶调控ETH、GA的合成,光合同化相关基因的上调表达对增加产量有重要作用,病程相关蛋白的上调表达可能与促进茎秆充实,增强茎秆的机械强度,提高植株的抗病性和抗倒伏性密切相关。 综上所述,本研究主要从形态、生理生化、分子水平初步揭示了劲丰对水稻抗倒增产的调控机制。