超高产水稻根系发育形态学研究

摘　要：为探索超高产水稻的理想根型，观察比较了水稻不同产量水平的根系发育形态。试验结果表明，水稻根量随着在土壤中分布层次的加深，按负指数曲线减少，并向 x 轴渐近；产量12 t^。hm^－2左右的超高产水稻，20 cm土层内的各层根系具有较大的干重、体积和总长，分枝根十分发达，在土壤中密集成网；随着产量的提高，地上、地下部干物重同步增长，但根重增长速率偏低，冠根比逐渐扩大，根系活力则相应增强，从而维持地上、地下部形态及机能的综合平衡；各根层对形成超高产的贡献率，0～5 cm土层的上层根占65％， 5～20 cm土层的下层根占35％。
关键词:水稻；超高产；根系；形态发育
中图分类号:S 511.21　　文献标识码：A
　　

Root developmental morphology for super high yielding rice

ZHENG Jing－sheng，LIN wen，JIANG Zhao－wei, LI Yi－zhen

Abstract:The root developmental morphology of Teyou 63 with different yield levels was studied to probe ideal root type of super high yielding rice.Results showed that：The amount of rice root system decreased as negative exponential curve with the deepening of soil layers at ripen stage and the curve was asympotic to x－axis；The rice plants with 12 t^。hm^-2 super high grain yield possessed larger root，dry matter weight (DMW), root volume, total root length and much more developed branch roots in each soil layer within 20cm，the roots densely distributed in soil;Shoot and root DMW increased with the growth of grain yield， but the growth rate of root DMW was lower than that of shoot，and this led to enlarged rate of top to root (T/R) and root activity， therefore，this maintained overall balance of the morphology and function of rice shoot and root；The contribution rate of the upper layer root (0-5 cm) to the formation of super high yielding amounted to 65% and that of the lower layer root (5-20 cm) to 35%.
Key words:Rice；Super high yielding；Root system；Morphological development

　　随着人增地减矛盾的日益尖锐，近年来国内外纷纷转向研究水稻的超高产育种和超高产栽培。目标产量是在目前7.5 t^。hm^-2 的高产水平上，5～10 a内达到10～12 t^。hm^-2，提高30％～50％；15～20 a内达到13～15 t^。hm^-2，再提高30％。但有关超高产的研究，大多集中于地上部性状的改良或调控。由于根系是固持植株、吸收水分养分、合成氨基酸和某些重要激素的器官，与地上部保持着一定的形态与机能的均衡，人们也开始注意对超高产水稻根系的研究。森田提出培育理想根型，实现产量最大化的构想^［1］。川田等^［2～4］系统研究了稻根的原基分化、组织结构，各节位冠根及其分枝根的形态发育和在土壤中的分布。吴志强等^［5～8］研究了高产杂交稻根系的形态发育和生理特性。但多局限在实验室进行，田间根系研究资料有限，未见超高产水稻根系的研究报道。本研究通过在田间条件下观察比较不同产量水平的根系形态，骥以揭示超高产水稻根系的形态特征，评价不同层次根系对形成超高产的贡献，为超高产育种和超高产栽培提供科学依据。
1　材料与方法
1.1　时间、地点及取材　1996年晚季，1997年早、晚季水稻成熟期（根系已定型），在龙海市一批杂交稻特优63不同产量水平的田块，选择生长均匀的区段，在产量10～11 t^。hm^-2 田块上还加选群体长势较好的可达到更高产量的区段，每一区段抽样收割 40丛稻株测产，并从中选择2株有代表性的稻株，测定其地上、地下部性状。
1.2　测定项目和方法　田间稻根取样采用Monolish改良法，以稻株为中心，掘取长等于行距，宽等于株距，深30 cm的带根土块，按每层5 cm 厚由上而下切出5层，经冲洗去杂，得到各层次纯净的根系样品，然后分别测定根系体积、鲜重、干重、总长度，并计算根系直径、比根长和根长密度。1997年晚季在水稻齐穗期，选择若干丘目测产量悬殊的田块测定其伤流量，在水稻成熟期又分别在测定伤流量的稻株附近，抽样测定根量和稻谷产量。根系体积测定采用排水法，根系总长度测定采用Newman直线截交法，伤流量测定采用整株脱脂棉吸液法。
1.3　统计方法　产量通径分析是通过解标准化正规方程组，得到各因素 x₁，x₂，…，x_m对产量y的直接通径系数P₁，P₂，…，P_m的。根据直接通径系数与相关系数乘积为基础的线性方程: P₁^。r_1y＋P₂^。r_2y＋…＋P_m^。r_my＋P²_e＝R²＋P² _e＝Σ（y-）²＝1　计算出各因素对产量的贡献率。式中Σ（y－）²为产量的总变异，在通径分析中被标准化为1；P_e为剩余因素e的通径系数，P²_e为剩余因素对产量的决定系数；P₁^。r_1y、P₂^。r_2y、…为各层根系对产量的贡献率，表达了在产量的总变异中，各层根系引起的变异所占的比率。R²是多元总决定系数，表达统计结果的可靠程度。
2　结果与分析
2.1　水稻根系在土壤中的分布　
　　不论产量高低，水稻根系的干重、鲜重、体积和总长度，都随着在土壤中分布层次的加深，按负指数曲线减少，并向x轴渐近(图1)。20区平均，在总根量中，分布在0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm和20～25 cm土层的根量分别占48％～56％、23％～26％、15％～17％、5％～6％和1％～3％（表1）。
2.2　超高产水稻根系的发育形态
　　稻谷产量12 t^。hm^-2 左右的超高产水稻根系，具有如下两大形态特征。
2.2.1　全根形态优势　全根及20 cm土层内各层根系的干重和体积较大，其中分布在0～5 cm土层的上层根形态优势尤为明显。如平均产量12.22 t^。hm^-2 的超高产水稻全根总干重为353 g^。m^-2，总体积为1　872　cm^3。m^-2，比平均产量6.79 t^。hm^-2 的水稻根系分别增加50％和48％，其中上层根分别增加65％和64％，而下层根分别增加38％和35％（表2)。

表1　水稻根系在土壤中的分布

Table 1　 Distribution of rice root system in different soil layers