陶士宝 柯 健 孙 杰 尹传俊 朱铁忠 陈婷婷 何海兵 尤翠翠 郭爽爽 武立权,3,*

长江中下游地区不同穗型中籼杂交稻高产群体农艺特征

陶士宝1柯 健1孙 杰1尹传俊1朱铁忠1陈婷婷1何海兵1尤翠翠1郭爽爽2武立权1,3,*

1安徽农业大学, 安徽合肥 230036;2中联智慧农业股份有限公司, 安徽芜湖 241000;3江苏省现代作物生产协同创新中心, 江苏南京 210095

探明长江中下游地区不同穗型中籼杂交稻产量成因及高产品种群体共性特征。以120个中籼杂交稻为材料, 于2019—2020年在安徽舒城农科所开展品种评比试验, 并根据每穗粒数排序将供试品种均分为大穗型(193～270)、中穗型(167～191)和小穗型(108～166) 3类, 比较不同穗型中籼杂交稻的产量及构成、生育进程、日产量、叶面积指数、生物量和穗型结构的差异。结果表明, 各穗型下水稻产量变幅均较大, 通过聚类分析可进一步分别分为高产、中产和低产3种类型。高日产量是不同穗型品种高产共性指标, 其中大穗型与增加叶面积指数有关, 而中、小穗型可能与促进光能转化效率有关。除日产量外, 不同穗型品种高产形成极具差异。从产量构成来看, 大穗型品种主要依靠有效穗数、每穗粒数和千粒重来增产; 中穗型品种为有效穗数和结实率; 而小穗型品种为有效穗数、每穗粒数和结实率, 这种穗型间的差异与分类方法和大穗型水稻灌浆障碍有关。从物质积累来看, 与小穗型高产品种较高的收获指数不同, 大、中穗型水稻要依靠生物量增加来提高产量。各穗型下不同产量水平的穗位枝梗分布与穗长均无显著差异。主成分分析发现, 大穗型高产品种主要表现为日产量高、生物量大、穗多粒重、叶面积指数高; 中穗型高产品种表现为日产量高、穗数多、生物量大; 而小穗型高产品种则为日产量高、收获指数大、穗粒兼顾、结实率高。总的来说, 大穗型高产品种的共性指标为: 日产量107.0 kg hm–2d–1、生物量20.2 t hm–2、有效穗数229.8 m–2、叶面积指数6.1; 中穗型高产品种为: 日产量95.3 kg hm–2d–1、有效穗数253.9 m–2、生物量19.5 t hm–2; 小穗型高产品种: 日产量79.6 kg hm–2d–1、收获指数61.0%、有效穗数239.0 m–2、结实率84.6%。此外, 应该根据品种穗型大小针对性进行高产氮肥管理。

长江中下游地区; 高产中籼杂交稻; 穗型大小; 产量形成; 群体指标

安徽是我国水稻主产区之一, 年播种水稻5.5× 104hm–2左右, 位居全国第四, 但单产水平不高, 低于全国平均水平[1]。单季中籼杂交稻是安徽水稻主要种植类型, 占比高达60%以上[2–4]。然而, 近年来尽管区域内中籼杂交稻品种审定呈“井喷式”发展, 但综合性状的优良品种少, 主推品种不多, 同时栽培技术难配套、品种产量潜力不易发挥。因此, 研究长江中下游地区中籼杂交稻高产品种群体共性指标体系, 能为品种选育和栽培技术研发提供支撑, 对提高安徽中籼杂交稻种植水平和保证我国粮食安全具有重要意义。

然而, 以往关于高产水稻品种共性特征的研究, 多以常规粳稻和籼粳杂交稻为主[5-9]。Meng等[10]通过不同年代品种比较发现, 高产常规粳稻主要表现更高的每穗粒数和成熟期物质积累。Wei等[5]认为, 超高产籼粳杂交稻的高产形成机制主要是由于拔节期以后更高的氮素吸收, 促进颖花发育、防止灌浆期叶片早衰, 提高源库平衡关系。而对于中籼杂交稻的研究以西南地区较为系统[11]。周开达等[11]提出西南高产重穗型杂交籼稻表现为穗大粒多, 穗粒数200粒以上, 结实率85%左右。马均等[12]进一步提出重穗型杂交籼稻理想株型特征为, 单株有效穗数12～15个, 每穗粒数180～240, 结实率85%以上, 千粒重28～30 g, 单穗重4.8 g以上, 株高为115～120 cm。值得注意的是, 水稻产量形成受气候条件显著影响, Li等[13]发现与长江中下游稻区相比, 西南稻区中籼杂交稻具有显著高的干物质积累、叶面积指数和产量。然而, 当前关于长江中下游地区中籼杂交稻高产品种共性特征还缺乏系统研究。

另外, Zhang等[14]在常规粳稻的研究中表明, 水稻产量形成具有明显的穗型大小差异, 柯健等[15]在双季晚稻中也有类似结论。笔者调研数据显示, 2018年安徽省区试中籼杂交稻每穗粒数为117～293, 不同中籼杂交稻穗型大小极具差异。因此, 根据穗型大小进行分类, 进一步研究不同穗型中籼杂交稻的高产群体指标体系更为科学和深入。本研究选用安徽省近年来审定或正在区试的120个中籼杂交稻品种为供试材料, 比较不同穗型中籼杂交稻的产量及构成、生育进程、日产量、生物量、收获指数、叶面积指数和枝梗分布的差异, 研究长江中下游地区不同穗型中籼杂交稻产量形成原因及高产品种群体共性特征, 为本区域品种选育和栽培技术研发提供支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

于2019—2020年在安徽省舒城县现代农业科技示范区(31°54′N, 117°00′E)进行, 土壤为黄泥田, 肥力中上等。试验期间的气象数据由基地安装的小型自动气象站(Watch Dog 2900ET, SPECTRUM, 美国)提供(图1)。

本试验采用165个已审定或正在区试的中籼杂交稻为供试品种, 根据田间倒伏和病虫害抗性的调查结果, 最终以120个综合抗性较强的品种(详见表1)数据为分析材料。

图1 2019年和2020年水稻生长季气象数据

表1 不同产量类型水稻信息

(续表1)

1.2 试验设计

采用随机区组设计, 每个品种3次重复, 单个小区面积40 m2。所有品种施氮量为225 kg hm–2, 基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶3∶3, 所有品种磷(P2O5)和钾(K2O)肥用量分别为105 kg hm–2和225 kg hm–2, 均一次性基施。采用钵苗育秧, 使用亚美柯2ZB-6A (RXA-60T)型钵苗摆栽机进行机械摆栽, 移栽行株距为33.0 cm×14.0 cm, 每穴2～3株苗。采用干湿交替水分管理, 分蘖期保持(5±2) cm田面水层, 够苗期排水晒田, 之后干湿交替灌溉, 在抽穗期建立浅水层, 于成熟前1周排水、自然落干。田间其他栽培管理同当地高产, 及时防治病虫害。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生育期判定标准 参照Xu等[16]标准结合镜检办法, 以小区中80%单茎幼穗长0.5～1.0 mm为穗分化期, 以50%的稻穗露出叶鞘为抽穗期, 以每穗90%籽粒黄熟, 且稻穗基部青谷粒坚硬为成熟期。

1.3.2 叶面积指数 于抽穗期, 每小区普查60穴,根据平均茎蘖数, 各小区取代表性植株6穴。剪下所有叶片, 用直尺测定水稻叶片的长、宽, 叶面积指数=0.75×长×宽/单位土地面积[17]。

1.3.3 枝梗分布 于抽穗期, 每小区普查60穴, 根据平均茎蘖数, 各小区取代表性植株6穴。按平均分配法将每穗一次枝梗分为上、中、下3个部位(如有11或13个一次枝梗, 则按4、3、4或4、5、4来划分), 统计上部、中部、下部一次和二次枝梗数[18]。

1.3.4 成熟期生物量 于成熟期, 每小区普查60穴, 根据平均茎蘖数, 各小区取代表性植株6穴。将样品分为茎鞘、叶、穗, 105°C杀青30 min, 80°C烘干至恒重, 测定各部分干物质重。

1.3.5 产量测定及产量结构调查 于成熟期, 每小区普查60穴, 计算有效穗数; 根据平均茎蘖数, 各小区取代表性植株4穴测定株高, 考察穗长、每穗粒数、结实率和千粒重[19]。

1.4 相关计算

根据何连华等[21]方法计算日产量, 公式如下: 日产量(kg hm–2d–1)=产量(kg hm–2)/全生育天数(d)

1.5 数据处理与分析

应用Microsoft Excel 2016进行数据输入、整理, 使用R语言(4.1.1)进行数据分析[20], 采用R语言的ggplot2包进行绘图[21]。

2 结果与分析

2.1 不同穗型品种的产量水平分类

年份和品种显著影响水稻产量, 品种的影响显著高于年份(表2)。其中, 2020年显著高的水稻产量可能与其穗分化期较为稳定的温度增加每穗粒数有关。年份和品种的交互作用对水稻产量无显著影响,因此本研究主要采用2020年数据进行分析。

为了获得较为平衡的各穗型品种样本容量, 本研究将120个品种根据每穗粒数平均分为大穗型、中穗型和小穗型3类, 每穗粒数分别为193～270、167～191和108～166粒(表1和图2)。结果表明, 各穗型下水稻产量变幅均较大, 大穗型水稻的产量为6.3～12.2 t hm–2,中穗型为6.4～11.2 t hm–2, 小穗型为4.6～9.0 t hm−2。因而, 需要进一步分析不同穗型水稻品种高产成因。

将水稻产量进行标准化处理, 采用欧几里得距离法分别对各穗型下水稻产量进行聚类分析。在= 1.7水平处, 将水稻品种分为高、中、低产组3个产量水平, 3种穗型分类距离基本一致(图3)。根据聚类结果, 在大穗型水稻中, 高、中、低产组品种分别为8、13和19个; 在中穗型水稻中, 高、中、低产组品种分别为11、8和21个; 在小穗型水稻中, 高、中、低产组品种分别为11、18和11个, 不同穗型下水稻各产量水平的品种分布数量有差异。

图2 不同穗型水稻品种的产量

箱型图中的箱体部分代表50% (25%～75%)样本的分布区域, 为四分位区间(IQR)。箱体内实线为中位线, “●”表示产量。图中不同小写字母表示不同穗型水稻在0.05水平下差异显著。

The box part in the box diagram represents the distribution area of 50% (25%–75%) samples, which is a quadrant interval (IQR). The solid line in the box body is the median line, “●” is the yield. Different lowercase letters above the boxes indicate significant differences at the 0.05 probability level in different panicle size cultivars.

表2 品种和年份对水稻产量影响的方差分析

图3 不同穗型水稻品种产量聚类图

水稻品种编号同表1。The numbers of rice variety are the same as those given in Table 1.

2.2 不同穗型与产量类型水稻产量及其构成分析

不同穗型下高、中、低产组的水稻产量均存在显著的统计差异(图4), 与总颖花量和灌浆结实性(结实率和千粒重)密切相关, 但不同穗型的高产成因并不一致(表3)。在大穗型水稻中, 与中、低产组品种相比, 高产组品种表现了更高的有效穗数、每穗粒数和总颖花量, 同时显著增加了千粒重; 其中, 高产组品种的颖花量为50.4×103m–2, 千粒重为27.5 g,分别较中、低产组品种增加8.4%～20.9%和6.2%～ 12.2%。与之不同, 在中穗型水稻中, 高产组品种主要通过增加有效穗数增加总颖花量, 以及保持较高的结实率增产; 其中, 中穗型高产组品种的有效穗数、颖花量和结实率分别为253.9 m–2、45.3×103m–2和88.9%, 分别较产量中、低产组品种增加9.3%～22.3%、10.8%～24.1%和5.0%～8.7%。而小穗型高产组水稻主要表现更高的有效穗数、每穗粒数、总颖花量和显著高的结实率。另外, 随着穗型的减小, 水稻产量呈显著降低的趋势, 3个产量类型表现一致。大穗型水稻更高的产量与其显著高的每穗粒数和颖花量有关。

2.3 不同穗型与产量类型水稻生育期和生物量

不同穗型及产量类型间的水稻本田生育期无显著差异, 而日产量受穗型和产量类型显著影响(表4)。高产组水稻表现最高的日产量、中产组次之、低产组最低, 3种穗型表现一致。大、中、小穗型高产组品种日产量分别为107.0、95.3和79.6 kg hm–2d–1, 分别较对应的中、低产组增加15.4%～41.9%、18.1%～35.8%和30.9%～65.8%。另外, 随着穗型的减小, 水稻日产量呈逐渐降低趋势, 3个产量类型表现一致。

不同产量类型的生物量和收获指数差异因品种穗型大小而异(图5和图6)。在大、中穗型下, 成熟期生物量随产量水平降低呈逐渐减少趋势, 而小穗型水稻的不同产量类型间无显著差异。收获指数在穗型和产量类型间的变异与生物量相反, 在小穗型水稻中, 收获指数随产量水平的降低呈逐渐减少趋势。这些结果表明, 不同穗型品种产量的提升方式存在较大区别, 其中大、中穗型品种主要通过增加生物量增产, 而小穗型品种主要通过增加收获指数提高产量。此外, 随着穗型的减小, 水稻成熟期生物量大体呈逐渐降低的趋势, 3个产量类型表现一致。大穗型水稻更高的产量与其较高的成熟期干物质积累有关。

图4 不同穗型与产量类型水稻产量

图柱上的不同小写字母表示同一穗型间不同产量水平差异显著(< 0.05)。

Different lowercase letters on the columns indicate significant differences at the 0.05 probability level in different yield types of the same panicle size.

2.4 不同穗型与产量类型水稻株高和抽穗期叶面积指数

除大穗型水稻品种抽穗期叶面积指数外, 各穗型水稻不同产量类型间的株高和叶面积指数无显著差异(表5)。大穗型高产组叶面积指数(6.1)总体高于中产组(5.0)和低产组(5.3), 这主要得益于其显著高的倒三叶、倒四叶叶面积指数。随着穗型的减小, 水稻株高呈逐渐降低趋势, 3个产量类型表现基本一致。然而, 大穗型水稻较中小穗型品种并没有显著的叶面积指数优势。

表3 不同穗型与产量类型水稻产量构成因素

数据后的小写字母表示同一穗型不同产量水平在0.05水平差异显著。

Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level among the different yield types of the same panicle size.

表4 不同穗型与产量类型水稻生育期和日产量

TP、HD、MS分别表示移栽、抽穗期、成熟期。数据后的小写字母表示同一穗型不同产量水平在0.05水平差异显著。

TP, HD, and MS represent transplanting, heading stage, and mature stage, respectively. Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level among the different yield types of the same panicle size.

图5 不同穗型与产量类型水稻成熟期生物量

图柱上的不同小写字母表示同一穗型间不同产量水平差异显著(< 0.05)。

Different lowercase letters on the columns indicate significant differences at the 0.05 probability level in different yield types of the same panicle size.

图6 不同穗型与产量类型水稻收获指数

图柱上的不同小写字母表示同一穗型间不同产量水平差异显著(< 0.05)。

Different lowercase letters on the columns indicate significant differences at the 0.05 probability level in different yield types of the same panicle size.

表5 不同穗型与产量类型水稻株高和叶面积指数

数据后的小写字母表示同一穗型不同产量水平在0.05水平差异显著。

Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level among the different yield types of the same panicle size.

2.5 不同穗型与产量类型水稻穗型结构

各穗型下水稻产量类型间的穗长、一次枝梗及二次枝梗数均无统计差异(表6和表7), 表明高产大穗型和小穗型水稻可能是通过增加着粒密度和着粒数增加每穗粒数。与中、小穗型水稻相比, 大穗型水稻具有更高的穗长、一次枝梗数和二次枝梗数, 3个产量类型表现基本一致。大穗型水稻平均一次和二次枝梗数分别为12.7和45.0, 较中小穗型分别增加10.4%～15.0%和21.0%～43.1%。

2.6 不同穗型水稻品种的主成分分析

不同穗型水稻主要农艺性状(产量及其构成、株高、穗长、叶面积指数、收获指数、生育期、生物量、日产量)主成分分析(表8和图7)表明, 不同穗型品种主成分1和主成分2累计贡献率均可达50.0%左右, 其中大穗型品种主成分1和主成分2贡献率分别为27.3%和22.6%, 主要包括了产量、有效穗数、日产量、生物量、叶面积指数、粒重和本田期; 中穗型品种主成分1和主成分2贡献率分别为28.9%和22.8%, 主要包括了产量、结实率、有效穗数、日产量、生物量; 小穗型品种主成分1和主成分2贡献率分别为27.4%和21.7%, 主要包括了产量、每穗粒数、日产量、本田期、收获指数、穗长和株高。通过主成分1和主成分2因子载荷图(图7)发现, 大穗型不同产量类型差异显著, 高产组日产量贡献度最高, 其次为生物量、有效穗数、叶面积指数、粒重; 中穗型高产与中产组具有重叠, 且生物量、日产量和有效穗数贡献度较高; 小穗型不同产量类型间近乎重叠, 日产量和收获指数贡献度最高, 其次为结实率、每穗粒数、有效穗数。由此可见, 大穗型高产品种主要表现为日产量高、生物量大、穗多粒重、叶面积指数高; 中穗型高产品种表现为日产量高、穗数多、生物量大; 而小穗型高产品种则影响因子更为丰富, 主要表现为日产量高、收获指数大、穗粒兼顾、结实率高。

表6 不同穗型与产量类型水稻一次枝梗数分布

数据后的小写字母表示同一穗型不同产量水平在0.05水平差异显著。

Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level among the different yield types of the same panicle size.

表7 不同穗型与产量类型水稻二次枝梗数分布

数据后的小写字母表示同一穗型不同产量水平在0.05水平差异显著。

Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level among the different yield types of the same panicle size.

图7 不同穗型品种主成分1与主成分2因子载荷图

3 讨论

3.1 长江中下游地区不同穗型中籼杂交稻穗型分类及产量特征

水稻产量形成规律具有明显的穗型大小差异, 进行不同穗型中籼杂交稻产量成因及共性特征的系统分析, 对长江中下游地区水稻品种“靶向改良”及栽培技术“因种施策”具有重要的现实指导意义。我们前期对120个品种的穗粒数进行聚类分析, 获得的大、中、小3种穗型品种样本分布十分不均, 主要以中穗型为主, 达到95个, 且小穗型品种的每穗粒数为117～127, 与当前对小穗型中籼杂交稻每穗粒数的认知出入较大。为此, 我们根据每穗粒数将120个品种平均分为大穗型、中穗型和小穗型3类,以获得较为平衡的各穗型品种样本容量。从分类结果来看, 大穗型品种每穗粒数为193～270, 中穗型品种每穗粒数为167～191, 小穗型品种每穗粒数为108～166, 这与戴力等[22]在本区域采用文献分析法所得的分类结果基本一致。因而, 本研究中穗型大小的分类结果具有一定区域代表性, 后续的分析结果对生产具有实际指导价值。

表8 主要农艺性状特征值及贡献率

一般认为, 大穗型水稻由于穗粒数和总颖花量优势, 产量潜力巨大[23-24]。本研究也发现, 与中、小穗型相比, 大穗型水稻由于较高的全穗一、二次枝梗数量增加每穗粒数与总颖花量, 同时促进成熟期生物量积累和日产量, 总体表现最高的水稻产量。然而, 同一穗型下不同品种的产量波动较大, 大穗型低产组产量(8.0 t hm–2)与中穗型中产组(8.6 t hm–2), 以及小穗型高产组(8.1 t hm–2)基本持平。另外,尽管小穗型品种整体产量水平低于中、大穗型品种, 然而其具有一定的稳产性及机械化生产等优势, 尤其在优质食味籼稻的发展中意义重大[25-26]。因此, 深入分析各个穗型下水稻高产成因及群体特征, 对促进水稻超高产、产量和品质协同等都具有重要的现实意义。

3.2 长江中下游地区不同穗型中籼杂交稻高产群体特征

本研究发现, 除高日产量以外, 不同穗型中籼杂交稻高产成因并不一致, 这与Zhang等[14]和柯健等[15]在本区域常规粳稻、双季晚籼稻的结果一致。日产量在不同穗型品种间的共性限制, 可能与南方亚热带气候导致的水稻生育期限制有关[29-30]。何连华等[33]提出的适宜机插的杂交籼稻日产量超过80 kg hm–2d–1, 与本研究中小穗型高产组日产量79.6 kg hm–2d–1基本一致, 同时本研究还提出了大穗型高产组日产量为107.0 kg hm–2d–1, 中穗型高产组日产量为95.3 kg hm–2d–1。值得注意的是, 除大穗型品种的叶面积指数外, 本研究中各穗型不同产量水平下的品种生育期、叶面积指数无显著差异, 因而中、小穗型高产组显著高的日产量可能与其促进光能转化生理效率有关, 而大穗型高产组则可能与更高的冠层光截获能力有关[27]。关于不同穗型中籼杂交稻的日产量调控机理需要进一步明确。

从产量构成因素来看, 有效穗数是不同穗型中籼杂交稻高产的共性特征, 这可能与籼稻较强的分蘖能力有关[34]。然而已有关于大穗型水稻群体特征的研究较为忽视有效穗数, 这可能是由于前人的比较对象多以多穗的中、小穗型品种为主, 而缺乏大穗型品种之间的比较。因而, 高产大穗型中籼杂交稻显著高的有效穗数群体特征应该被关注。每穗粒数是大穗型和小穗型高产的重要特征。前人从品种演进、亚型品种比较、生态点差异等角度均证实了大穗的高产潜力[35-37]。本研究中, 中穗型各产量水平间每穗粒数无显著, 这可能与其较小的穗粒数分类区间(167～191)有关。结实率和千粒重对不同穗型品种的产量贡献差异较大, 其中结实率对不同穗型品种产量均有影响, 这可能与中籼杂交稻结实性不高的共性特征有关。另外, 对于大穗型水稻而言, 千粒重对产量的贡献显著高于结实率, 这与其普遍存在灌浆障碍导致粒重不足的突出问题有关。结合主成分分析发现, 大穗型高产品种共性指标主要为穗多粒重, 中穗型高产品种则是穗数多, 小穗型为穗粒兼顾、结实率高。

本研究表明, 大、中穗型品种高产形成与成熟期生物量有关, 而小穗型则为收获指数。在生育进程较为一致的条件下, 抽穗前后不同的群体生长速率是影响水稻收获指数的主要原因[38]。潘圣刚等[39]认为, 高产中籼杂交稻具有更高的抽穗后群体生长速率, 而Yang等[40]通过不同亚型品种比较认为中籼杂交稻生物量积累优势在抽穗前。由此可见, 前人关于高产中籼杂交稻群体增长速率的生育进程积累规律结果并不一致, 这一定程度上与品种穗型差异的关注较少有关。当前, 大、中穗型高产品种更高的穗分化—抽穗期长势、促进每穗粒数增加, 可能是限制其收获指数提高的主要原因[31], 本研究中大、中穗型水稻更高的株高也很好的证明了这一点。

已有结果表明, 各穗型下水稻产量类型间的穗长、一次枝梗及二次枝梗数均无统计差异, 初步显示品种穗部性状不是各穗型高产群体关键指标。结果与本区域粳稻和籼粳杂交稻研究并不一致, 这可能与长江中下游稻区中籼杂交稻较为平衡的穗部枝梗分布有关[41]。分析各穗型下不同产量水平的穗位颖花分布规律, 将有利于进一步明确不同穗型中籼杂交稻的高产穗型特征, 对深入理解各穗型的籽粒灌浆结实差异也具有重要意义, 是下一步研究重点。

3.3 长江中下游地区不同穗型中籼杂交稻高产栽培与育种技术探讨

考虑到不同穗型高产品种的产量构成因素差异,结合已有的栽培调控研究进展。我们认为, 对于大穗型品种, 应该适当增加基蘖肥的施用提高有效穗数, 重点优化穗肥的施用时期, 如穗期氮肥后移等, 在保证稳定增加每穗粒数的同时, 促进抽穗期茎鞘非结构性碳水化合物的积累与转运, 以增加库活、改善弱势粒灌浆启动障碍, 提高粒重[42-43]。对于中穗型品种, 应该进一步增加前期氮肥供应比例, 重点提高有效穗数增产。而对于小穗型品种, 则应该提供较为平衡的氮肥基追比, 同时穗期氮肥应适当早施, 以提高每穗粒数[14]。此外, 随着近年来抽穗期扬花期(约为移栽后65～75 d)平均温度的上升, 以及灌浆初期(75～90 d)温度的平稳下降(图8), 在现有播期基础上略微推迟播栽期, 可能是提高本区域中籼杂交稻结实率的较好方式。

我们观察到日产量是不同穗型高产中籼杂交稻的共性指标, 与叶片光截获及光能转化效率密切相关。因此, 充分发掘运用与株型、穗型、叶片光合性能、光合同化物积累与转运等相关的基因, 培育理想株型和高光效品种, 是未来长江中下游地区中籼杂交稻基因编辑、分子标记等生物育种的重要方向。

图8 安徽省近30年温度变化

4 结论

长江中下游中籼杂交稻高产成因具有明显的品种穗型差异。大穗型(每穗粒数193～270)高产品种的共性指标为: 日产量107.0kg hm–2d–1、生物量20.2 t hm–2、有效穗数229.8 m–2、叶面积指数6.1; 中穗型(每穗粒数167～191)高产品种为: 日产量95.3 kg hm–2d–1、有效穗数253.9 m–2、生物量19.5 t hm–2; 小穗型(每穗粒数108～166)高产品种: 日产量79.6 kg hm–2d–1、收获指数61.0%、有效穗数239.0 m–2、结实率84.6%。

[1] 中华人民共和国国家统计局. 中国统计年鉴. 北京: 中国统计出版社, 2020.

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High-yielding population agronomic characteristics of middle-seasonhybrid rice with different panicle sizes in the middle and lower reaches of the Yangtze River

TAO Shi-Bao1, KE Jian1, SUN Jie1, YIN Chuan-Jun1, ZHU Tie-Zhong1, CHEN Ting-Ting1, HE Hai-Bing1, YOU Cui-Cui1, GUO Shuang-Shuang2, and WU Li-Quan1,3,*

1College of Agronomy, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, Anhui, China;2Zoomlion Intelligent Agriculture Co. Ltd., Wuhu 241000, Anhui, China;3Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production, Nanjing 210095, Jiangsu, China

To clarify the mechanism of yield and common characteristics of high-yielding cultivars of middle-seasonhybrid rice with different panicle sizes in the middle and lower reaches of the Yangtze River, the field experiments were conducted in 2019 and 2020 at Shucheng Agricultural Science Institute, Anhui province. 120 middle-seasonhybrid rice cultivars were classified into three panicle types by spikelets per panicle [large panicle size (LPS, 193–270), middle panicle size (MPS, 167–191), small panicle size (SPS, 108–166)], and their yield and yield components, growth period, daily yield, leaf area index, biomass, and panicle structure were compared. The results showed that rice yield varied across the cultivar types, irrespective of the panicle type. Cluster analysis revealed that it could be further divided into three yield types (high-yield, middle-yield, and low-yield). High daily yield was a common indicator of high yield among different panicle cultivars, LPS was associated with the increasing leaf area index, while MPS and SPS might be associated with the promoting light energy conversion efficiency. There were extremely different ways of producing high yields among panicle types, except daily yield. In yield components, the yield increasing of LPS mainly relied on the effective panicles, the spikelets per panicle, and 1000-grain weight; MPS was the effective panicle and the grain filling rate; and SPS was the effective panicle, the spikelets per panicle and the grain filling rate. This difference of panicle types was related to the classification method and the grain filling disorders of large panicle size rice. In terms of biomass, LPS and MPS cultivars were dependent on increased biomass to improve yield, but SPS high-yielding cultivars were dependent on the higher harvest index. There were no significant differences in the distribution of branches and panicle length among different yield types under each panicle type. Principal component analysis revealed that LPS high-yield cultivars were mainly characterized by higher daily yield, higher biomass, higher grain weight, more panicles, and higher leaf area index; MPS high-yield cultivars exhibited higher daily yield, more panicles, and higher biomass. However, SPS high-yield cultivars had higher daily yield, higher harvest index, more balance between panicle and spikelets, and higher grain filling rate. In general, the common indicators of LPS high-yield cultivars were daily yield 107.0 kg hm–2d–1, biomass 20.2 t hm–2, effective panicle 229.8 m–2, leaf area index 6.1; MPS high-yield cultivars were daily yield 95.3 kg hm–2d–1, effective panicle 253.9 m–2, biomass 19.5 t hm–2; and SPS high-yield cultivars were daily yield 79.6 kg hm–2d–1, harvest index 61.0%, effective panicle 239.0 m–2, grain filling rate 84.6%. In addition, high-yield nitrogen fertilizer management should be targeted according to the different panicle size cultivars.

the middle and lower reaches of Yangtze River; high-yield middle-seasonhybrid rice; panicle size; yield composition; population indicators

10.3724/SP.J.1006.2023.22010

本研究由国家重点研发计划项目(2018YFD0300904), 安徽省自然科学基金项目(2008085QC119), 安徽省教育厅基金重点项目(KJ2019A0176)和智慧芜湖大米专家系统及农业管家的研发与应用项目(2020dx09)资助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2018YFD0300904), the National Natural Science Foundation of Anhui (2008085QC119), the Key Research Fund of the Education Department of Anhui Province (KJ2019A0176), and the Development and Application of Wisdom Wuhu Rice Expert System and Agricultural Steward.

武立权, E-mail: Wlq-001@163.com

E-mail: 1103689375@qq.com

2022-02-21;

2022-06-07;

2022-07-07.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20220705.2013.008.html

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