全球气候变暖引发的高温、热浪和干旱等气象灾害,对水稻生产造成巨大的潜在影响。研究高温对水稻产量和品质的影响及其生理机制,对应对全球气候变化的农艺技术研发具有重要意义。目前国际上用于研究气候变化的增温系统较多,但多以封闭式的人工气候箱和空调加热的温室为主要增温手段,且以盆栽为主,所创造的增温环境与自然条件下稻田气温的增加存在很大的差异。2009年本实验室从美国引进了开放式增温(Temperature Free-air Controlled Enhancement,T-FACE)系统,实现了在大田条件下增温处理。本试验借助T-FACE试验平台,按全球气候变暖预测的日间升高1.5℃和夜间升高3℃来设定水稻花后实时增温处理,即常温对照(CK)、日间增温(HDT)、夜间增温(HNT)和全天增温(HDNT)四个温度处理,以耐热性不同的两个籼稻品种为材料,研究了花后高温处理对籼稻产量、品质的影响,并从叶片功能、灌浆特性、抗氧化相关酶活性和胚乳形态解剖等方面探讨了高温效应的机理,为准确解析全球增温图景下水稻产量、稻米品质的变化趋势及机制提供了理论依据。主要的研究结论如下：1.开放式增温系统T-FACE的增温效应T-FACE增温系统,通过红外温度传感器监测温度,反馈给控制模块,并根据实测温度与设定温度的差值调整输出功率,控制田间温度。T-FACE增温系统可在7m2范围内使水稻抽穗至成熟期冠层温度均匀增加,并可以设定不同增温幅度来模拟全球气候变化的非对称特点。本试验中,部分时段因受气流影响,增温效果达不到设定值,但总体上实现了预期目标。系统设定温度为日间1.5℃,夜间3℃,实测温度可达日间1.36℃,夜间2.62℃。2.花后开放式增温对叶片功能及抗氧化相关酶活性变化的影响花后开放式增温处理后水稻SPAD值均呈下降趋势,指标降幅表现为HDNT处理最大；剑叶大于倒二、三叶；热敏感品种大于耐热品种。花后开放式增温处理降低了水稻剑叶净光合速率和气孔导度,提高了剑叶夜间呼吸速率。表现为HDNT处理最大；花后10天最大；热敏感品种大于耐热性品种；日间温度升高是净光合速率下降的主因,夜间温度升高是夜间呼吸速率上升的主要原因。花后开放式增温处理降低了水稻叶片叶绿素含量(SPAD值),增加了水稻剑叶MDA含量,降低了SOD含量,HDNT处理的含量变化最明显,热敏感品种的变幅大于耐热品种。HDNT处理受到的影响要显著大于HDT处理和HNT处理。3.花后开放式增温对产量及其形成过程的影响花后开始进行增温处理对产量的影响主要表现在千粒重和结实率上,而有效穗数和每穗粒数的影响不显著。花后开放式增温处理下弱势粒灌浆活跃期的显著缩短及灌浆中后期长时间的较低灌浆速率导致粒重减轻。结实率和千粒重的下降导致产量降低,热敏感品种的下降幅度大于耐热品种。HDNT处理影响最大,HNT处理次之,HDT处理影响最小。4.花后开放式增温对品质形成及胚乳结构的影响花后开放式增温处理降低了稻米的糙米率,精米率和整精米率,增加了稻米的垩白粒率和垩白度,不改变粒型；提高了蛋白质含量以及清蛋白、球蛋白和谷蛋白的含量,降低了醇溶蛋白的含量；对直链淀粉含量的影响,各处理间表现不一致,HDT处理增加了直链淀粉含量,HNT处理和HDNT处理降低了直链淀粉的含量；对RVA的影响表现为,增加了峰值黏度,热浆黏度,崩解值和起始糊化温度,降低了最终黏度和消减值；改变了淀粉的晶体特性,增加了相对结晶度,改变峰值强度分配。HNT和HDNT增温处理使籽粒腹部淀粉体发育变差,而HDT处理对籽粒腹部淀粉体发育的影响最小,特优559热敏感性较强,汕优63则较弱。在遭遇特殊气温(增温后低温)影响时,汕优63的米质得到恢复,淀粉结构相对稳定。综上所述,花后开放式增温HDNT处理对水稻叶片的叶绿素含量、净光合速率和抗氧化呼吸酶的影响最大。花后开放式增温处理降低了水稻的产量,主要是结实率和粒重。HDNT处理的影响幅度最大,HNT处理次之,HDT处理最小,且热敏感品种产量的降幅高于耐热品种。花后开放式增温处理对水稻品质的影响存在差异,使加工和外观品质各指标下降,高温增加了籽粒蛋白质含量,改善营养品质指标,但蒸煮食味品质及淀粉结构各项指标有恶化的趋势。