重庆水稻抽穗期高温热害影响研究

王颖　何永坤　郑颖菲

摘 要：利用人工仿真气候室，模拟重庆自然条件下高温状态，设计不同程度的高温热害试验（33℃、35℃、37℃、40℃），研究水稻抽穗期高温对其光合作用、叶片叶绿素值以及干物质积累的影响。结果表明，高温胁迫下，水稻的光合作用受温度的影响较大，且随高温时间的延长下降幅度增大；同时，极端高温也会导致干物质积累减少，结实率明显下降。根据试验显现，连续3d以上日最高气温35℃以上可作为水稻高温热害指标。

关键词：水稻；高温热害；指标；人工气候室

中图分类号：S511 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20171032062

前言

近几年来，在全球气候变化影响的背景下，长江流域一带高温发生频率和强度均有所增加，高温热害作为较常见的气象灾害，对水稻产量造成严重威胁。相关数据研究表明，水稻产量与气温上升呈负相关关系，水稻在生长期对气温升高非常敏感，其中以抽穗扬花期最为敏感，如果这时期遭遇气温升高，将导致水稻花药干枯、花粉不飞散、柱头不能正常萌发授精，形成空粒，直接影响水稻的结实率，最终造成水稻减产乃至绝产。

1 材料与方法

1.1 材料与处理

供试水稻为重庆地区普遍种植品种准两优893，5月4号移入盆栽，共计30盆，每盆1株，7月20日生长至孕穗期选取发育进程与长势基本一致的稻株，移入人工气候室内进行温度控制。设计模拟重庆地区夏季自然高温特征，日温度设定完全模仿重庆每小时气温。模拟自然气温，由程序自动控制变化。其他气候因子一致，人工气候室内光量子通量密度为275mol/m·s，相对湿度设定为70%。

1.2 试验方法方案

水稻高温胁迫试验在重庆市江津现代农业气象试验站人工气候室内进行。试验模拟日最高温度分别设定为33℃、35℃、37℃、40℃。将4种不同温度设定下的试验水稻进行3种方案：高温处理1d后移出；高温处理3d后移出；高温处理5d后移出。方案处理后的水稻均移置于大田环境下生长至成熟。

1.3 测定指标与方法

产量和品质的测定，采用对水稻光合作用的测定及叶绿素的测定。测定水稻的光合作用，采用2个指标参数，即净光合速率（Pn）和胞间CO2浓度指标（Ci）。在抽穗期于晴朗无风条件下，采用美国LI-6400光合仪进行参数的测定，通过将水稻叶片夹入叶室中，测定CO2胞间浓度及净光合速率（Pn）的变化。每次处理选用3片具有代表性的剑叶进行测定，从测定中取平均数值。

叶绿素采用便携式叶绿素测定仪SPAD-502Plus测定。该叶绿素仪通过测量叶片波长范围的透光率系数来确定当前叶片的叶绿素相对数量。根据试验设计，在每个处理结束当天分别在10：00、13：00和下午16：00进行数据测量，受试水稻功能叶（穗位叶）进行各项指标的测定，至少3次重复。

2 结果与分析

2.1 高温胁迫对水稻净光合速率（Pn）和胞间二氧化碳浓度（Ci）的影响

水稻叶片的净光合速率（Pn）降低是水稻生长迟缓的主要生理表现。从图1可以看出，水稻受高温（>35℃）胁迫后，随着高温处理天数的延长，其净光合速率呈下降趋势。高温处理3d后的受试水稻净光合速率，与34℃对照组相比下降了13.3% ；经过5d高温处理后的水稻净光合速率，与33℃对照组相比下降了57.4%。

胞间二氧化碳是植物光合作用碳的来源，胞间CO2的浓度（Ci）与光合速率直接相关。通过对经过5d高温处理的水稻数据分析，从图2可以看出，水稻受高温（>35℃）胁迫后，其胞间CO2的浓度（Ci）呈下降趋势，且胁迫温度越高，Ci值越低。表明，水稻受短期高温胁迫期间（>35℃），胞间CO2的浓度（Ci）呈下降趋势。

2.2 高温胁迫对水稻叶绿素的影响

叶绿素是植物光合作用光能吸收、传递和转化的重要色素，叶绿素的含量与植物叶片光合作用密切相关，SPAD值反映叶片叶绿素的相对含量，通常SPAD值越低，叶绿素含量就越少。由图3可知，水稻受高温（>35℃）胁迫后，水稻叶绿素的值SPAD会随着温度的升高而下降，中午13：00左右降至当天最低点，下午随着温度的升高，相对叶绿素含量又开始上升；同一时刻不同高温胁迫处理，均随着处理天数的增多而下降。表明，水稻在经过高温胁迫（>35℃）3d和5d处理后，SPAD均呈现下降趋势。

2.3 高温胁迫对水稻干物质积累的影响

水稻生长过程中干物质的积累，是水稻产量的物质基础，水稻干物质的积累过程既是水稻产量的形成过程，干物质积累越多，产量越高。从图4可以看出，水稻在适温33℃的情况下，干物质的量呈增长趋势；高温胁迫（>35℃）3d和5d處理后，随着高温处理天数的延长与胁迫温度的升高，其干物质的积累量均呈现下降趋势。

2.4 高温热害指标

通过前期对水稻抽穗期的高温胁迫处理，对比高温对光合作用以及叶绿素的影响，总结出重庆一季稻高温热害程度指标，如表1。

3 讨论与结论

水稻光合作用受温度的影响比较大，温度高可以降低植物叶片的光合作用。试验中，高温处理3d、5d后水稻光合速率（Pn）较对照组（常温处理）均明显降低，且随高温时间的延长下降幅度增大，高温处理5d的水稻植株在13：00光合作用已非常微弱，说明，夏季短时间高温对水稻光合作用造成影响非常大。短时间高温胁迫后水稻植株的光合作用恢复到正常水平所需的时间，还有待进一步研究。

抽穗开花期是水稻产量形成的关键时间段，也是对温度等环境因素最敏感的时间段。极端高温可能会导致干物质积累减少，结实率明显下降。

水稻穗期的最适温度为25～30℃ 。高于35℃有可能出现大量空秕粒；38℃则根本不能形成实粒。

对于致害的高温持续时间，根据试验得出结论，连续3d以上日最高气温35℃或35℃以上可作为水稻高温热害指标。

作者简介：王颖，主要从事气象遥感数据处理与应用。