水稻的多年化育种与栽培实践在中国已成为现实，近年来正引起全球的普遍关注。当前在生产上推广应用多年生水稻是长雄野生稻和普通栽培稻通过人工杂交和胚胎抢救培养，并经多代回交选择而成的，在自然生产条件下能反复利用地下茎正常萌发再生成苗分蘖成穂实现多年种植多季收获的新型水稻品种，它是解决全球人口快速增长带来的粮食短缺、肥料和农药等农业投入带来的环境安全及应对洪水和极端天气等气候问题的潜在解决方案，具有很高的研究和应用价值。

近期福建农林大学林文雄教授团队在 Plants 发表研究论文——多年生水稻两年四收再生栽培的生理特性。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2567338

研究过程与方法

作者于2019和2020年，在中国福建省福州市福建农林大学实验农场进行3个重复的随机区组试验。对一年生杂交稻 AR2640 和多年生水稻 PR25 分别设置三个不同留桩高度 (5 cm、10 cm、15 cm) 处理，开展了两年4季的田间试验。结果表明 (表1)，在2019年再生栽培体系中，头季 AR2640-MC 的产量显著高于同季 PR25-MC。头季稻按三个不同留桩高度收割后，各自产生的第一个再生季稻 PR25-FRR 和 AR2640-FRR 的平均产量比其头季稻分别降低了31.73%和64.20%，平均生育期分别缩短44.42%和49.47%。进一步分析结果表明，PR25-FRR 在低留桩下平均产量比 AR2640-FRR 高，并在5-10cm留桩高度下产量表现最高，同时其生育期不随留桩高度的降低而延长，AR2640-FRR 则表现相反，即在高留桩下 (本研究15 cm割桩高度下) 产量最高，其生育期随留桩高度升高而缩短。因此，低留桩再生有利于多年生水稻 PR25 的高产形成，而常规一年生杂交稻 AR2640 则相反。

表1.供试品种的产量及其构成因素。

进一步研究表明，PR25-FRR 和 AR2640-FRR 收获后，PR25-FRR 在三个留桩高度下均能安全越冬并再生成苗，形成第二再生季稻 PR25-SRR (即2020年的头季稻)，而AR2640-FRR 则无法越冬。统计结果发现，PR25-SRR 在三个留桩高度处理下，尽管其平均生育期比其 PR25-FRR 和 PR25-MC 缩短了36.03% 和14.29%，但平均产量却比其分别提高了49.75%和26.39%。进入第三再生季后能再生成苗，形成了 PR25-TRR (即2020年再生季)，其三个留桩高度下的平均产量分别比其 PR25-SRR 和 PR25-FRR 下降了62.18%和24.75%，但其生育期则比 PR25-SRR 缩短了36.06%，与 PR25-FRR 则差异不显著。进一步分析认为，PR25-SRR 的有效穗数高是造成其产量比原始头季稻 PR25-MC 高的主要原因。同时发现，之后随着宿根季别的提高，其有效穂数和每穂粒数随之降低，因而产量也不断下降，体现了多年生作物宿根连作特有的栽培特性，值得进一步研究。

研究结果表明，产生上述不同水稻再生差异的生理原因与主要其腋芽萌发成穂及其对产量的贡献率和激素水平差异响应有关。其中 AR2640 随着留桩高度的提升，其高节位腋芽萌发成穂率和有效穂数提高，对产量的贡献率也提高，PR25 则相反，90%以上的有效穂数主要分布5 cm留桩高度内的茎基部1-3节位上，其中基部1节位占比大于50%，而且割桩高度升高并不影响低节位芽成穂对产量的主要贡献率 (图1)。

进一步分析发现，生长素 IAA 在 PR25 中平均含量高于 AR2640，二者均表现出低节位IAA 含量高于高节位，PR25 尤为显著；PR25 中赤霉素 GA3 含量在低位节芽显著高于高位节芽。本研究认为二者是 PR25 低节位高分蘖率的主要成因。脱落酸 ABA 含量在 AR2640 和 PR25 的腋芽中随时间呈线性增加，表明 ABA 含量与自主衰老相关。PR25 中独脚金内酯 SL 的低节位中含量显著高于高节位，也表明其对再生季稻分蘖的促进作用。

综合分析发现 GA3 和 SL 对再生季腋芽萌发正相关，ABA 与水稻再生率则关系不显著，SL 与水稻再生率呈负相关，但不同激素间的比例对腋芽萌发有重要影响 (表2)。同时本研究发现 PR25 地下根系在各时期活力均优于 AR2640，这也是一种多收重要生理特性。

图1. 头季稻不同节位穗对再生稻产量的贡献率。

图2. AR2640 和 PR25 不同节位再生腋芽 IAA、GA3、ABA 和 SL 的动态变化。

表2. 内源激素含量与再生季腋芽再生率相关性分析。

注：*表示p < 0.05显著水平。*表示在p = 0.05显著水平上显著相关。R_2d、R_7d、R_12d、R_17d、R_22d 分别表示头季收获后2 d、7 d、12 d、17 d、22 d的再生速率。

研究总结

本研究显示，相比于普通杂交稻 AR2640，多年生水稻 (PR25) 通过成功越冬实现一种多收。其产量主要来源于低节位高分蘖数和有效穗，表明必须充分考虑多年生水稻合理的割桩高度。进一步分析表明，PR25 的低节位的分蘖增强特性主要是由于植物激素含量较高，尤其是低割茬条件下，生长素 (IAA) 和赤霉 (GA3) 及后期脱落酸 (ABA) 含量较高，同时激素间的互作 (比例不同) 共同调节低节位腋芽萌发，同时 PR25 地下根系在各时期活力均优于 AR2640。结果可为深入研究多年生高产水稻提供有价值的理论依据和栽培选育参考。

Plants 期刊介绍

主编：Dilantha Fernando, University of Manitoba, Canada

期刊内容主要涉植物科学领域的研究。目前期刊已被 SCIE、SSCI 等数据库收录。

2022 Impact Factor

4.5

2022 CiteScore

5.4

Time to First Decision

15.3 Days

Acceptance to Publication

2.8 Days