鄂东南冷浸田不同中稻品种产量及生理研究

王思潮等

摘要：筛选适宜冷浸田生产的水稻（Oryza sativa）栽培品种，于2011年在阳新县冷浸稻田中设置大田试验，研究在冷浸田条件下不同中稻品种产量构成及生理指标差异。结果表明，冷浸田严重抑制了水稻的生长发育，最终产量显著低于湖北省水稻产量平均水平（7 000 kg/hm2）。相对而言，籼稻比粳稻、糯稻更能适应冷浸田的环境；不同水稻品种在冷浸田条件下生理性状表现出显著差异，抽穗期水稻叶片超氧化物歧化酶（SOD）活性、可溶性糖含量和根系内过氧化物酶（POD）活性高低与水稻最终产量呈显著正相关，而叶片脯氨酸含量与产量关系不显著。单纯从水稻品种方面着手无法从根本上解决冷浸田水稻产量低的问题，需要配套使用合理的耕作方法和改良措施。

关键词：水稻（Oryza sativa）；冷浸田；产量；酶活性；渗透物质

中图分类号：S311；S511 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）16-3736-05

Abstract： To study characteristics of the production performance of different rice（Oryza sativa） varieties under cold waterlogged paddy fields， rice varieties suitable for cold waterlogged paddy fields were screened. The field experiments were conducted in cold waterlogged paddy fields in Yangxin county in 2011. The yield components and physiological indexes of middle-season rice were investigated. The results showed that cold waterlogged paddy field seriously inhibited the growth and development of rice. The final yield was significantly lower than the average level of rice in Hubei province（7 000 kg/hm2）. Indica varieties were more able to adapt to the cold waterlogged paddy field than japonica rice， glutinous rice did. The physiological traits of rice varieties had significant difference under the cold waterlogged paddy field. The super oxide dismutase （SOD） activity ， soluble sugar content in leaf and root activity of peroxidase （POD） of rice at heading stage were significantly positivly correlated with final rice yield. The content of free proline in leaf and yield relationship was not significant. The problem can't be solved simply by the rice variety. It is advised to form a complete set of reasonable farming methods and improving measures.

Key words：rice； cold waterlogged paddy field； yield； enzyme activity； osmotic substances

水稻（Oryza sativa）是湖北省的主要粮食作物，种植面积达200万hm2，其中15%左右为冷浸田。冷浸田是指山丘谷地受冷水、冷泉浸渍或湖区滩地受地下水浸渍的水田[1，2]，湖北省冷浸田主要分布于鄂东南低山丘陵、鄂西山区及鄂中部分县（市）的丘陵山区，其中以鄂东南低山丘陵区面积最大。冷浸田可分为沼泽型、渍水型、青泥型和爽水型4类。由于长期受冷水浸泡，形成了与其他类型中低产田不同的特点，用4个字概括为冷、烂、瘦、毒[3，4]。由于受冷水长期浸渍，导致水土温度低，比一般水稻田低3～10 ℃。泥烂是指土粒高度分散，土壤通气性差，微生物活动弱，使有机质分解缓慢，土壤潜在肥力高，但速效养分少，不能被水稻吸收利用，加之低温和缺氧条件下还原物质积累，对水稻根系产生严重毒害作用，甚至在前期造成烂秧死苗现象[5]。冷浸田这些特点严重影响水稻的生长，造成水稻减产，成为提高湖北粮食产量的主要障碍。据报道，正常稻田年产量已达9 000 kg/hm2以上，但冷浸田的年产量只有3 000～4 500 kg/hm2[6]，这意味着冷浸田存在巨大的生产潜力，如采取针对性的可行措施，将大幅度提高冷浸田的生产力。

目前，针对冷浸田水稻高产栽培技术、排水工程及冷浸田的改良等多项研究工作已深入展开[7，8]，但针对冷浸田条件如何选择水稻品种尚鲜有报道，而冷浸田水稻品种的选择相比其他改良措施具有省力、易于操作、经济等优点。鉴此，本文通过研究不同水稻品种在冷浸田条件下表现出的产量及生理差异，筛选出适宜冷浸田种植的高产、抗逆品种，对提高鄂东南冷浸田水稻产量有着重要的生产实际意义，也为冷浸田条件下水稻品种的选育提供了理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择湖北省常种植的15个水稻品种为试验材料，分别为：沪旱3号、武运粳7号、旱优8号、沪旱15号、两优培九、丰两优一号、丰两优香1号、Y两优1号、扬两优6号、荆两优10号、两优234、广两优香66号、珞优8号、珍珠糯、太湖糯（表1）。

1.2 试验方法

2011年于阳新县白沙镇土库村（29°93′41″ N，115°07′33″ E）进行田间试验。试验地土壤为鄂东南地区典型的受冷水浸渍形成的具有土烂泥深、还原性物质高（Fe2+含量为1.2 g/kg）等特征的冷浸田。其土壤基本理化性质为：pH 5.8，有机质20.5 g/kg，全氮1.2 g/kg，速效磷15.9 mg/kg，速效钾37.3 mg/kg。

采用随机区组试验设计，共15个处理，设3次重复，小区面积为20 cm2，共划分45个小区。每小区施肥量相同，氮肥、磷肥和钾肥用量分别为180、90和120 kg/hm2。氮肥采用分次施肥法，基肥、分蘖肥、穗肥的施氮量分别占总施氮量的50%、20%、30%。磷肥和钾肥作为基肥一次性施入。基肥深施，施入深度为土壤的10～15 cm处。基肥在水稻种植前施用（6月10日前），分蘖肥在水稻分蘖盛期施用（7月10日），穗肥在水稻孕穗期施用（8月25日）。中稻采用塑料薄膜保温育秧，播种期为5月15日，育秧期为25 d，6月10日开始移栽，每穴插2株基本苗，2.22万穴/hm2，栽插密度为15 cm×30 cm。从移栽期（6月10日）到收获期（10月5日）田间均保持3～5 cm的浅水层，水稻整个生育期人工除草1～2次。严格控制病虫害。

1.3 测定项目及方法

成熟期每小区随机取10蔸有代表性的稻株考查穗长、每穗粒数、每穗实粒数、结实率和千粒重，计算经济产量与生物产量。另外每小区调查30穴有效穗。每个小区取5 m2稻株，测定实际产量。

在水稻抽穗期（9月2日）对每个小区进行水稻叶片和根系取样，取样采用5点法，以水稻植株为中心，先割取地上部分，选取水稻剑二叶作为叶片样品，然后借助铁铲将水稻根系挖出，漂洗干净，将泥土和根系分离，对根系进行取样。样品用液氮保存带回实验室进行各项指标的测定。过氧化物酶（POD）活性测定参照文献[9]，50 mL 0.1 mol/L、pH 6.0的磷酸缓冲液中加入愈创木酚28 μL、30% H2O2 19 μL组成反应液，酶活性以U/（g·min）表示。超氧化物歧化酶（SOD）活性测定参照文献[9]，采用氮蓝四唑（NBT）光化还原法测定，以NBT光化还原50%为1个酶活性单位，酶活性以U/g表示。可溶性糖含量的测定参照文献[9]，采用蒽酮比色法测定，以每克样品干质量生成的可溶性糖表示，单位为mg/g。游离脯氧酸含量测定参照文献[10]，采用磺基水杨酸提取、茚三酮比色法测定，单位以μg/g表示。

1.4 数据处理

全部数据处理采用Excel 2002软件和SAS 9.0软件数据处理系统进行处理。

2 结果与分析

2.1 各品种产量及其产量构成差异

2.1.1 产量 如表2所示，冷浸田所有参试水稻品种产量范围为3 344～5 627 kg/hm2，平均值为4 749 kg/hm2，明显低于湖北水稻产量平均水平（7 000 kg/hm2）。冷浸田抑制了水稻的生长发育，最终导致水稻产量大幅降低。

对比表1与表2可见，在冷浸田中，除两优234外，籼稻品种产量明显高于粳稻与糯稻，且粳稻和糯稻产量差异较小。籼稻品种产量范围为4 633～5 627 kg/hm2，平均值为5 164 kg/hm2。粳稻品种产量范围为3 344～4 684 kg/hm2，平均值为3 826 kg/hm2。糯稻品种产量范围为3 648～4 467 kg/hm2，平均值为4 058 kg/hm2。

所有参试水稻品种中，产量最高的为荆两优10号，单位面积产量为5 627 kg/hm2。其次为珞优8号，扬两优6号。三者相比差异不显著，但与其他品种有显著差异，分别比产量表现最低的沪旱3号高68.3%，65.5%，65.3%，差异达极显著水平。

2.1.2 产量构成 如表1和表2所示，与正常田相比冷浸田显著降低了水稻单位面积的有效穗数和每穗粒数，但千粒重差异不明显。

在冷浸田种植条件下，籼稻品种穗长显著长于粳稻与糯稻品种，其中荆两优10号最长，为26.3 cm，与其他品种差异明显。在有效穗方面，籼稻品种为185～250万/hm2，而粳稻品种为224～272万/hm2。武运粳7号与珍珠糯在冷浸田条件下表现为多穗型品种，但由于每穗粒数偏低导致最终产量偏低。籼稻品种每穗粒数显著高于其他类型品种，其中珞优8号每穗粒数最高，达161粒/穗，比沪旱3号高61%，差异达极显著水平。

2.1.3 干物质生产、收获指数 由表3可知，不同水稻品种在抽穗期和成熟期干物质量具有显著差异。在抽穗期和成熟期，全株干物质量扬两优6号表现最高，分别为951 g/m2和1 339 g/m2。比沪旱3号分别高出39.9%和41.2%，差异达极显著水平。在收获指数方面，荆两优10号表现最高，为0.51，与其他品种相比差异显著。由表2和表3可知，水稻要获得高产，要同时增加生物产量和收获指数，做到两者兼顾。

2.2 各品种生理指标比较

2.2.1 保护性酶 过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）是广泛存在于植物细胞内的氧化还原酶。由表4可知，在水稻抽穗期，珞优8号叶片内POD酶活性最高，为105.8 U/（g·min），与其他品种相比差异显著，比酶活最低的沪旱3号高64.8%，差异达极显著水平。但抽穗期测定水稻叶片SOD活性以两优培九最高，为185 U/g，与荆两优10号相比差异不显著，但与其他品种相比有显著差异，比酶活最低的珍珠糯活性高20.9%。

2.2.2 渗透物质 在水稻抽穗期，丰两优香一号叶片内可溶性糖含量最高，为53.6 mg/g，除与丰两优一号，沪旱3号，两优234相比差异不显著外，与其他品种相比差异均显著。水稻叶片脯氨酸含量方面，旱优8号脯氨酸含量最高，除与沪旱15号相比差异不显著外，与其他品种相比均有显著性差异，比含量最低的武运粳7号高173.6%，差异达极显著水平（表5）。

2.3 生理指标与产量相关性

分析各生理指标与产量之间相关性如图1所示，由图1可知，抽穗期水稻叶片内SOD活性、根系内POD活性及可溶性糖含量与水稻产量呈显著正相关，而水稻叶片内脯氨酸含量高低与水稻最终产量相关性不显著。

3 结论与讨论

3.1 水稻产量

冷浸田条件下，所选水稻品种产量为3 344～5 627 kg/hm2，平均产量为4 749 kg/hm2，显著低于湖北水稻产量平均水平（7 000 kg/hm2），说明冷浸田对水稻产量产生明显的抑制作用。另外籼稻比粳稻、糯稻对冷浸田有更强的适应性，其产量显著高于后两者。选择适宜冷浸田栽培的品种虽然能提高产量，但显然无法从根本上解决冷浸田对水稻产量的抑制作用，其产量仍较低。黄义德等[11]研究表明，通过将水稻旱育秧技术和垄作栽培技术相结合，能够明显改善山区冷浸田水稻产量，增强群体的光合性能，促进水稻生长发育和光合产物的积累，比普通栽培方法增产45.7%，在冷浸田采用覆膜栽培技术能够明显提高土壤温度，促进水稻单株有效分蘖增加0.12～0.30个，每穗增加粒数6.6～10.3粒，千粒重提高0.2～0.4 g，从而提高水稻产量，实现增产增收。李清华等[4]的研究表明，通过开沟排水、防治渍害、水分调控、垄畦栽培、水旱轮作、平衡施肥、土壤结构改良、农艺措施以及耐潜性品种的选育等综合技术可以治理冷浸田，提高水稻产量。王飞等[12]的研究表明，通过现代农业工程措施与农技措施，对冷浸田采取综合治理及合理利用，有效挖掘冷浸田生产潜力。因此在选择正确品种的同时，还需要配套使用合理耕作方法和改良措施，才能从根本上提高冷浸田水稻产量。

3.2 保护性酶

由于水稻体内有一套由SOD、POD和CAT酶组成的保护酶系统，所以不同的水稻品种对逆境的抗性也不同。李海林等[13]提出低温胁迫能提高水稻幼苗期保护性酶的活性，抵御逆境产生的伤害。张泽煌等[14]、彭昌操等[15]、马翠兰等[16]通过对其他植物在低温胁迫期间SOD和POD活性研究认为，SOD能以超氧阳离子为基质进行歧化反应，从而清除植物组织和细胞内的超氧阳离子自由基，减缓氧自由基对细胞膜的损伤；POD主要起酶促降解H2O2的作用，解除细胞内有害自由基的危害。本研究结果表明，在冷浸田条件下，水稻生育期体内保护性酶（POD、SOD）活性越高的品种，最终产量越高，这些品种通过酶的活性作用，清除植物组织及细胞内有害自由基及其他有害物质的危害，使其具有更强的抗逆性。进一步论证了植物体内保护性酶系统在植物抵御逆境方面的重要性，从而影响植物的生长。

3.3 渗透物质

可溶性糖是细胞质中重要的渗透调节有机溶质，是逆境条件下植物抗逆性的重要物质基础[17]。王贺正等[18]研究表明，可溶性糖在水作条件下变换较为平稳，而在胁迫条件下有明显增加的趋势，且幅度较大，其含量的增加有利于提高水稻的抗旱性。本研究结果表明水稻抽穗期叶片内可溶性糖的含量与最终产量呈显著正相关，可溶性糖含量高的水稻品种产量较高。另外，本研究结果表明水稻叶片内脯氨酸含量与最终产量无相关性，但龚明等[19]研究表明，在低温条件下，脯氨酸的积累是对低温环境的一种保护反应，脯氨酸能调节植物细胞膜的稳定性，还能清除活性氧从而起到稳定细胞结构的作用。冷胁迫条件下脯氨酸含量迅速增加，能够降低水势，作为防脱水剂保护植物。邓化冰等[20]研究表明，植物体内游离脯氨酸具有保护细胞膜结构稳定的作用，高灿红等[21]研究表明，低温导致水稻剑叶内游离脯氨酸显著增加，植株脯氨酸含量变化与耐寒性关系密切。以上研究与本文结论有所不符，可能与水稻生长后期土温上升、低温胁迫解除有关，具体原因有待进一步研究。

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