作物生理生态学考试

3.强化农田基础建设，增强系统抗逆能力

变暖背景下，注意强降温及低温对作物系统的影响；干旱背景下，注意强降水及渍害对作物系统的影响；加强农田基本建设，尤其是中低产田改造，增强农田系统对极端天气的抵御能力；加强种质资源储备，尤其是多抗性品种选育，增强作物系统对极端天气的适应能力；加强土壤跟耕作调控，尤其是东北粮食产区，增强土壤系统对极端天气的缓冲能力。

光合性能是指植物光合系统的生产性能或生产能力。光合产量取决于光合面积、光合性能,光合时间、呼吸消耗和经济系数

作物三理论：产量构成理论，光合性能理论，源库理论

描述气候变化对陆地生态系统影响的用语：

敏感性：指一个系统对气候变化的响应程度。

适应性：指系统在其运行、过程或结构中对预计或实际气候的可能调节程度。

脆弱性：指气候变化对一系统的破坏程度，它取决于系统对特定天气变化的敏感性和适应性

未来气候变化的影响预估：

1.未来气候变化将显著影响我国农业气候资源和生产潜力，但未来高温，旱涝等灾害频发，强度加大，热量资源增加的潜在有利因素可能会由于水资源匮乏而无法得到充分利用。

2.未来气候变暖将使作物种植面积扩大，作物布局发生变化，但预估没有考虑水分和气候异常可能带来的不利影响。

3.未来气候变化将进一步加剧农业气象灾害的影响，未来我国农业高温灾害加剧，低温灾害大发生频率在不同地区有增有减，但强度都增大，区域性干旱灾害可能加剧，洪涝灾害存在加剧的可能。

有利影响：农业气候资源：温度升高我国热量资源总体增加，时空分布极其不均，北方增温大于南方，冬季和夜间增温较大。农业生产潜力：气候变暖是我国大路光温生产潜力呈显著增加趋势，其中北方增幅大于南方。

不利影响：农业气候资源：高温及其持续时间增加，气候暖干化趋势增强。农业生产潜力：区域差异（由于气候资源时空分布不均，气候变暖使得部分地区光温生产潜力减小），作物差异（温度增加对不同作物气候生产潜力的增加程度不同，水稻最大玉米大豆随后）作物制约因子差异（日照时间减少导致北方冬小麦光和生产潜力降低，降水量减少导致关中平原气候生产潜力减少，同时，温度增加、降水频次和强度的变异幅度加大及气候变化不确定性增加将加大农业自然灾害发生的频次和强度，危及到作物生产潜力的发挥）

总体而言，气候变暖引起的热量资源增加，使农作物春季物候提前，生长期延长，生长期内热量充足，一定程度上对粮食生产的发展是有利的，但在华北、西北和西南地区还受到水资源不足的限制。气候变化对我国农业生产有正效应也有负效应。

3.作物种植制度的变化：

有利影响：种植界限北移高扩，水稻可在52°N左右的呼玛地区种植，较20世纪80年代初北移了约4个维度；小麦种植北界由35°N扩展至39°N，北移了4个维度，可种植小麦最高海拔由1800-1900m 上升至2200m高度；玉米种植向北推移了4个维度，在西藏地区种植海拔由1700-3200m扩展至3840m。多熟种植界限北移高扩，不同地区影响程度不同：稻麦两熟由长江流域推进到华北平原的北缘40°N，华北地区两年三熟制已改为冬小麦-玉米一年平播两作，西北地区，20世纪90年代与60年代相比复种作物适宜种植区海拔升高200m。作物品种布局发生显著变化：华北地区由强冬性冬小麦转为半冬性甚至弱春性小麦，耐高温水稻品种将在南方占主导地位，并向北移，东北地区由高产晚熟水稻品种代替早熟品种。作物种植结构发生明显变化：气候变化对农业种植结构影响不一，黑龙江粮食作物结构从主要以小麦和玉米为主转变为玉米和水稻为主的结构。

不利影响：盲目改变种植制度和引种将导致粮食生产灾害增加，如东北水玉米就是由于生育期超过当地无霜期导致，黄淮、长江中下游与西南地区冬小麦冻害事件是由于盲目推广春性较强的小麦品种所致。

4. 农作物产量变化：气候变暖有利于东北地区的粮食生产，明显缓解了东北地区冷湿气候对作物低温冷害的影响，延长了作物生长期，有利于引进晚熟高产玉米、大豆、冬小麦和水稻。气候变暖对华东和中南地区的粮食产量影响不明显，气候变暖不利于华北、西北和西南地区的粮食生产（这是由于这些地区大多处于干旱半干旱地区，升温使作物生长发育加快、生长期缩短、作物可利用的有效水资源相对减少）。作物复种指数明显提高，有效的促进了粮食生产。

目前超高产技术的共性模式：保证获得性潜力——种好管好，一定的LAI，有效截获光能；一定密度，有效平衡三要素。挖掘结构性潜力——高密不倒穗不小，强壮支撑体系：足够LAI，最大截获光能，有效冠层分布；迟钝穗密反应：足够穗数，最大三相乘积，有效源库平衡。力争功能性潜力——防衰先保根，减缓后期衰老，维持光和性能，加速产物分配。

超高产工程三大环节：作物高产潜力的提高（生物技术+常规育种），技术高产潜力的提高（生理+栽培），可持续高产潜力的提高（经济合算、技术使用、生态安全）——现实产量

技术高产潜力的提高：生态潜力：生态调节+资源优化，特殊技术，可选技术，

必须技术：品种选择（理想株型），播种质量（全齐壮),肥水管理（总量与分配），土壤耕作（理化性与微型改造）

早衰：由于自身或外部原因使植株在有效生长季节内局部或整体提前结束生命而影响作物产量和品质的现象。早衰有病理型和生理型两种，皆表现为植株局部或整体过早衰败，经济性状受损。

早衰特点：早衰不利于产量和品质的形成，具有消极意义；不是自然衰退，而是未老先衰；局部异常生育所致的整体过早衰退：A空间上，原因在局部，表现在整体。B 时间上，先局部早衰后整体早衰，“衰在后期，源在前期，衰在叶片，源在根系”

1.3 水稻早衰与衰老

早衰衰老

概念水稻生育后期茎叶等部位的生理机能过早出

现衰退现象，削弱了功能叶片的光合量，减少

了灌浆物质来源

水稻自然终止生命活动的一系列衰败过

程，有利于水稻的灌浆和产量形成

形态特征叶呈棕褐色，叶片顶端出现污白色的枯死状

态，叶片薄而弯曲，根系生长衰弱，软绵无力，

甚至有少数黑根发生，穗型偏小，穗基部结实

率很低，粒色呈淡白色，翘头穗增多

非必需器官的消除，（自基部而上顺序死

亡）营养物质高效再分配利用（叶片失绿

变黄，籽粒充实饱满，呈金黄色）

始期乳熟始期乳熟后期

本质无序、被动的胁迫性过程，受外源因子调控，

非程序化的猝发死亡，是可以避免的

有序，主动的适应性过程，受内源因子调

控，程序化自然死亡，是无法避免的

水稻抗早衰的分子遗传操作：将致死基因、抗早衰基因导入现有主栽品种及杂交水稻组合中，创造出能解决两系杂交稻种子纯度和品种早衰的新种质。

耐早衰特性：粳稻>籼稻，常规稻>种间杂交稻>亚种间杂交稻，迟熟>早熟（早熟品种后期生长的叶片薄、寿命短），高秆>矮秆（高秆品种通气组织发达），直穗型>弯穗型，植株上部叶片较厚，通气组织比较发达，后期根系活力强的品种，通常不易早衰

早衰水稻的生理表现：

叶片氮素营养：维持水稻一定的含氮水平是防止后期根叶早衰的关键。当土壤缺氮时，谷料大部分氮素将由紧靠籽粒下部叶片供给，叶片因氮素被穗夺取而导致早衰。

叶绿素和蛋白质的变化：叶绿素和蛋白质含量的降低，发生在叶片衰老的早期，并可作为衡量水稻叶片衰老的可靠指标。

核酸变化：叶片衰老时RNA和DNA含量都下降，但DNA下降速率比RNA缓慢，叶绿体和线粒体的rRNA对衰老过程敏感，线粒体和核DNA量下降，但质体DNA量始终维持在相对稳定的水平。生物膜氧化：水稻叶片衰老过程中，膜脂过氧化产物MDA含量不断积累。

光合系统的变化：叶片全展后光合功能逐渐减弱，光合机构中光反应系统中心蛋白Cytf，ATPase等，碳代谢关键酶Rubisco降解，叶绿素酶活化和叶绿素前体δ-氨基乙酰丙氨酸形成受抑制，Rubisco初始羧化活力下降，剑叶光能转化和光化学活性下降，电子传递活动下降。

活性氧防御酶体系：叶片内SOD、CAT、ASP（抗坏血酸氧化酶）活性过早下降，LOX（脂氧化酶）活性增加导致膜脂过氧化，使活性氧代谢失调引起叶绿素和蛋白质降解。

植物激素：早衰品种多胺含量下降速度快，幅度大，后期含量低。ZRs玉米素核苷下降,脱落酸ABA 上升，茉莉酸JA促进叶片早衰。

根系特性：耐早衰品种根系生物量大，深根系比高，根系横向分布随土壤深度增加，根系向四周分开，表土层以下根系重量密度明显提高。根系衰老早于叶片，根系衰老引发和加剧了叶片衰老，但根系生理代谢活性的下降并不一定早于叶片。根的高节位生长和数量过多可能是杂交水稻叶片早衰的一个重要原因。

水稻早衰的表现——

1.生理生态上的表现：孕穗以后，整个禾苗偏矮，生长不旺，抽穗后，功能叶片发黄、褪色，光合作用能力下降，根系早衰，黑根、锈根明显增多，白根少而细，茎杆疲软，斑点增多。生理生化活力严重衰退，养分积累能力、输送能力明显下降，甚至生理活性出现副效应。

2.产量上的表现：成穗率不高，分蘖穗大量退化死亡，穗小，结实率低空瘪率增加，千粒重下降，达不到品种种性要求，产量下降5-10%。4.其他：易倒伏，落粒，成熟不一致。

3.品质上的表现：加工品质、食味品质、储藏品质都受到严重影响。

水稻早衰的原因（双季稻）——

1.品种遗传特性：早稻品种高温早衰，晚稻品种低温早衰，不同品种对肥料的吸收转运能力，光合能力不同都是构成早衰与否的遗传基础。

2.耕作制度：冬闲-稻-稻的种植制度，易于出现水稻后期早衰，冬闲田增多，早衰加剧。

3.气候因素：气候因素与品种生育期相关，早稻高温逼热，晚稻低温冷害，以及干旱洪水等

4.栽培特点：田间管理重前期、轻后期；水播水育最易发生后期早衰；长期漫灌，早稻后期断水过迟，晚稻后期断水过早；正方形栽插方式光合作用弱于宽行窄株，早稻插秧过深，后期易早衰。

5.土壤和地形：土壤肥力足不易早衰，反之则早衰。地形低洼，通气不良，有害物质积累，危害根系生长，降低根系活力。土壤板结通透性差，根系发育不良，土壤保水保费能力差。

6.施肥水平是影响最大的原因，以江西为例，有以下几个问题：有机肥严重不足，重前期追肥，轻后期施肥，肥料结构不合理，缺钾缺硅等，叶面追肥面积小，普遍不敢下壮籽肥。

7.病虫危害：早稻的二代卷叶螟，穗颈瘟，晚稻的稻飞虱、螟虫、稻曲病等，尤其是纹枯病在早晚稻都呈上升趋势。这是产生早衰，影响产量和品质的重要原因之一。

从江西实际出发，在水稻防早衰方面的技术研究主要有：一是主要针对双季稻的早衰问题，且主要技术放在生育后期；二是研究并提出水稻早衰的表现及一系列生理生化指标和诊断量化标准；三是开展早衰的理论研究；四是从实践中探索早衰的原因；五是明确双季稻早衰的主要障碍因子及定量分析；六是提出一套行之有效的解决早衰的综合技术对策，集成技术方案，并在全省大面积推广。七是防早衰剂的研制；八是通过水稻技术专家的努力，把防早衰作为栽培技术学科的一个学科分支。

在栽培管理技术措施方面，重点抓好以下方面：一是要改革现有耕作制度，推广稻稻菜，稻稻油，稻稻肥生产模式，或改为轮作制度。二是早晚稻以中熟品种为主，以防高温和低温引起的早衰。三是大力改造中低产田，以开沟排水降低地下水位，同时改善红壤丘陵地区的灌溉条件，加快“五双一水”技术模式的普及。四是调整施肥结构，株中后期肥料使用，增施钾肥中微量元素。五是加强水稻病虫害防治，尤其要加大稻鸭共栖，频振杀虫和猪-沼-稻实施力度。六是提高水稻栽培管理水平，提高旱床育秧、抛秧和机插比例，推行宽行窄株栽培方式。七是推广水稻防早衰剂。八是加快防早衰品种的选育和推广。九是研究和推广防灾救灾技术。