指示水稻理想株型叶穗比的新型光截获模式


发布时间:

2022-01-03

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

  水稻育种面临的主要挑战之一是产生理想株型(IPA)以提高冠层辐射利用效率,从而提高粮食产量。杂交粳稻嘉优中科6号(JYZK-6)是具有IPA特征的栽培品种之一,但对其高产潜力的生理生态基础仍不完全清楚。在这项研究中,我们利用包括JYZK-6在内的四个冠层结构对比明显的粳稻品种进行了两年的田间试验,构建了一个用于获取水稻灌浆期太阳角昼夜动态图像的冠层光截获模拟装置。随后,利用新开发的动态冠层叶、穗光截获比(LPR)分析软件量化水稻冠层内光分布模式,高时空分辨率的LPRs清楚显示了水稻冠层光截获的昼夜变化。在两个生长季节中,测试的栽培品种之间检测到了LPR昼夜模式的基因型差异,其幅度随灌浆阶段而变化。值得注意的是,IPA品种JYZK-6及其类似物WYJ-29的LPR呈V形曲线,在日出和日落时达到峰值,在中午中后期降到最低。形态学测量表明,V形曲线与剑叶-穗高度差、穗弯曲度、叶面积/穗面积比值以及随着生长阶段变化的太阳角有关。光照模式这一显著特征表明,在IPA栽培品种的冠层内,叶片在上午和下午接受更多的光照,而穗部在中午收获更多的光照。据推测,这些新特性可能为IPA栽培品种提供了比传统品种减少中午抑制的优势,但还需要更多的工作来验证这一个假设。综上所述,本研究的结果对支撑冠层辐射利用效率的生理生态过程有了更深入的了解,对理想型栽培品种的育种计划有价值。

 

  图1 2019年和2020年水稻生长季节的日平均光合有效辐射(PAR)(A)、日平均温度(B)和日平均湿度(RH)(C).

 

  图2 动态冠层光截获模拟装置(DCLISD)及其工作原理。(A)DCLISD主要由两部分构成,高度可调节的钢制骨架和角度调节元件。(B)角度调节元件安装在滑竿上,模拟太阳方位角(SA)和太阳高度角(SE),并搭载一台RGB相机用于图像获取。(C)田间安装了一对南北向的平行轨道,便于装置移动。轨道长25 m,宽3 m。(D)日出、9点、12点、15点和日落时太阳在天空上的位置的示意图。

 

  图3 2019年种植的两个不同行方向的IPA品种JYZK-6的LPR日变化,分别为花后5天(A)、15天(B)、25天(C)、35天(D)和45天(E)测量结果。

 

  图4 2020年种植的两个不同行方向的IPA品种JYZK-6的LPR日变化,分别为花后5天(A)、15天(B)、25天(C)、35天(D)和45天(E)测量结果。

 

  图5 2019年种植的两个不同行方向的IPA类似品种WYJ-29的LPR日变化,分别为花后5天(A)、15天(B)、25天(C)、35天(D)和45天(E)测量结果。

 

  图6 2020年种植的两个不同行方向的IPA类似品种WYJ-29的LPR日变化,分别为花后5天(A)、15天(B)、25天(C)、35天(D)和45天(E)测量结果。

 

  图7 2019年种植的两个不同行方向的IPA类似品种NJ-5055的LPR日变化,分别为花后5天(A)、15天(B)、25天(C)、35天(D)和45天(E)测量结果。

 

  图8 2020年种植的两个不同行方向的IPA类似品种NJ-5055的LPR日变化,分别为花后5天(A)、15天(B)、25天(C)、35天(D)和45天(E)测量结果。

 

  图9 2019年种植的两个不同行方向的IPA类似品种ZD-18的LPR日变化,分别为花后5天(A)、15天(B)、25天(C)、35天(D)和45天(E)测量结果。

 

  图10 2020年种植的两个不同行方向的IPA类似品种ZD-18的LPR日变化,分别为花后5天(A)、15天(B)、25天(C)、35天(D)和45天(E)测量结果。

 

  图11 JYZK-6的形态性状及光截获日变化模式。蓝色虚线为RGB相机捕捉的水稻冠层反射光的范围,绿色和橙色虚线分别为照射在叶片和穗子上的直射光。该图显示了剑叶在位于穗子向阳侧特定场景,展示叶片对穗子的遮阴效应。剑叶叶倾角(FA);剑叶长度(FL);剑叶-穗高度差(HD);叶面积与穗面积之比(LAI/PAI);穗弯曲度(PC);穗长度(PL);投射在叶片和穗上箭头数量之比(R);最上部节间长度(UI)。

 

  来源:Xiao F, Li W, Xiao M, et al. A novel light interception trait of a hybrid rice ideotype indicative of leaf to panicle ratio[J]. Field Crops Research, 2021, 274: 108338.

  https://doi.org/10.1016/j.fcr.2021.108338

 

  编辑:小王博士在努力

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