氮肥和种植密度是影响水稻生长发育和产量形成的重要因素,农作物在不同氮素与密度下从群体、个体到器官、组织、细胞以及分子水平均会做出相应的反应,生态学上谓之为自动调节。研究表明水稻自动调节与稳产性能关系密切。虽然人们以往针对水稻氮肥和密度做了大量研究,但从品种差异角度专门针对水稻氮素与密度的自动调节效应及其形成机制的系统研究还十分少见。试验选用不同双季稻品种,设置高氮低密(T1)、中氮中密(T3)、低氮高密(T5)3种不同的氮肥和密度处理,考查产量及产量构成和相关生理生态指标,测定不同氮密模式下的转录组,探究了不同氮密模式下水稻品种间产量形成、生理特性以及转录组的差异性。主要研究结果如下:1.各品种不同氮密处理下单位面积(单桶)产量、单株产量及产量构成存在显著差异,品种间产量自动调节存在明显的差异性;相对杂交稻而言,常规稻的单株分蘖及有效穗数变幅小,自动调节性能有限;早、晚稻单株产量变化幅度最大及单桶产量变化幅度最小的品种分别是五丰优286和天优华占,早稻五丰优286单株产量和单桶产量变化幅度分别为125.41%和40.02%,晚稻天优华占分别为203.89%和15.22%,即其不同氮密处理下产量自动调节能力最好;产量构成上,单株有效穗数和每穗总粒数是影响产量形成的主要因素,品种产量自动调节性能好的原因是其在不同氮密处理下单株有效穗数和每穗粒数的乘积,即单株总粒数自动调节性能好,从而单位面积谷粒数更为稳定;各品种不同氮密处理下结实率变异居中,而千粒重变异小,遗传稳定性好;通过合适的氮密设计可有效鉴定和判断水稻品种的稳产性能,其中单株总粒数的变异性是一个较为有效的指标;双季稻由于受生育期的限制,通常较难通过形成大穗来增产稳产,品种较强的分蘖力对单株有效穗数的形成及产量自动调节性能极为重要。2.不同品种各氮密处理的相关生理性状分析发现,早、晚稻各生理性状存在品种间差异性;早稻穗部干物质变幅最大的是五丰优286,晚稻总干物质及穗部干物质变幅最大的均是天优华占,与其产量自动调节性能强一致;早稻五丰优286的光合速率、SPAD值和器官氮积累量变幅大;氮代谢酶谷氨酸合成酶(GOGAT)活性及氮积累量变幅大的晚稻品种均为天优华占;不同品种各氮密处理下生理活性有关指标的变化幅度与其产量自动调节性能基本一致。3.选取产量自动调节能力差异明显的常规品种中嘉早17(强)和湘早籼45(弱),不同氮密处理下的水稻叶片转录组分析结果显示:GO富集主要是代谢过程、细胞过程和催化活性;KEGG富集主要是氮代谢、能量代谢及植物信号传导等通路;T1处理和T5处理组对比T3处理组,响应氮代谢生物学过程上的多个差异基因(DEGs)富集到上下调,两品种同一处理主要GO富集及通路上的基因显示上下调结果一致,但具体基因的表达水平存在差异性,包括一些显著富集通路上的基因在中嘉早17表达量更高。4.WGCNA分析显示:各模块与各性状的相关性中,dark-red模块与净光合速率(Pn)显著相关,dark-green模块与单株产量及分蘖显著相关,同时检测到的转录因子发现b HLH家族基因,在中嘉早17和湘早籼45中都有不同的相关基因被上下调。这些检测到的通路及基因对于产量自动调节能力强的品种选育具有一定的参考意义。