水稻是我国主要粮食作物,利用籼粳亚种间的杂种优势一直被认为是进一步提高水稻产量的有效途径和重要方向。籼粳杂交稻穗型大,籼粳成分不一,部分组合生产表现低温敏感,花后容易产生结实障碍。因此,提高籽粒结实对籼粳杂交稻高产和稳产显得尤为重要。目前,有关籼粳杂交稻的研究工作主要围绕高产超高产栽培及其籼粳杂种优势的遗传机理等方面,但花后低温对籼粳杂交稻结实障碍影响的研究仍需进一步加强和完善。为探讨低温对籼粳杂交稻籽粒灌浆结实特性及其影响机理,于2013-2014年在中国水稻研究所,以浙江地区大面积种植的雨优系列品种为供试材料,同时以生产上大面积应用的籼稻钱优2号、中浙优1号、粳稻浙粳88为对照,通过室内盆栽试验和田间试验开展低温诱导籼粳杂交稻籽粒灌浆结实障碍研究,主要研究了甬优系列品种低温耐性鉴定,花期耐低温结实机理,花后低温诱导籽粒生长发育特性与灌浆结实障碍的蛋白表达机制,以及播期对籽粒结实特性的影响,拟为籼粳杂交稻高产稳产栽培和抗逆育种提供理论依据和技术支撑。主要研究结果如下:(1)开花期进行低温胁迫(17℃)4d和7d处理,分析甬优系列品种(9个)和对照籼粳稻钱优2号、浙粳88籽粒结实特性的差异。结果表明,低温处理显著降低甬优系列品种结实率和穗重,低温胁迫效应处理7d大于4d。聚类分析表明,甬优538、甬优10号、甬优6号、甬优15号和浙粳88为耐冷性品种,甬优17号、甬优9号、甬优8号和甬优12号为冷敏感性品种。甬优系列耐冷性与冷敏感性品种私粳成分比例并无明显的差异。(2)为探讨籼粳杂交稻开花期耐低温结实差异的机理,观测分析了低温处理5d下花药开裂、柱头花粉萌发和颖花开放习性等方面的差异。结果表明,与甬优538和浙粳88(耐冷性品种)相比,低温处理明显降低甬优17号和甬优9号(冷敏感品种)的颖花受精率,较常温对照分别下降12.5%和9.5%,以穗上部颖花影响尤为显著。低温对花药宽度和体积的影响大于花药开裂。低温处理下,耐冷性品种具有较高的柱头花粉数和萌发率以及花粉粒活性和直径,但颖花开放量不及冷敏感品种。相关分析表明,颖花育性与柱头花粉数和萌发率呈显著正相关,但与颖花开放量无显著相关。因此,柱头花粉散落特性是颖花育性提高的重要前提。(3)于花后不同时段(0-15d,前期;15-30d,中期;30d-成熟,后期),研究低温处理(前期,20℃;中期,17℃;后期,14℃)对籼粳杂交稻甬优品种籽粒发育特性的影响。结果表明,花后不同时段低温对甬优品种籽粒灌浆结实的影响以前期>中期>后期,中、后期与对照差异不大。花后前期低温明显影响甬优17号籽粒灌浆启动,降低灌浆进程,延长灌浆持续时间,导致籽粒结实不良,粒重下降,且对弱势粒的影响大于强势粒,甬优17号结实率与单穗重较对照分别下降41.41%、35.61%,而甬优538和粳稻浙粳88与对照差异不明显。相比甬优538,花后前期低温降低甬优17号籽粒IAA、ZR含量,但提高GA3、ABA含量;影响籽粒蔗糖的积累和转运,降低淀粉合成;同时降低叶片叶绿素荧光参数。因此,花后前期低温籽粒激素含量的显著变化,碳水化合物的积累和转运受阻以及光合作用的下降等影响甬优17号籽粒的灌浆结实。(4)通过研究花后不同时段低温对籼粳杂交稻甬优品种籽粒形态和品质的影响。结果表明,花后前期低温明显降低甬优17号籽粒的宽度、面积、等效直径和比粒重,强、弱势粒比粒重较对照分别降低66.08%、59.65%,高于对照籼稻品种(52.43%、18.37%)。花后前期低温也明显降低甬优17号的整精米率、直链淀粉含量,但提高蛋白质含量,同时也降低甬优17号和甬优538的垩白;此外,花后低温显著影响稻米淀粉的峰值粘度、热浆粘度、崩解值和回复值,降低甬优17号的崩解值,影响稻米蒸煮食味品质。(5)为明确籼粳杂交稻低温灌浆结实障碍的特性,研究了籽粒低温发育的蛋白表达机制。结果表明,与甬优538相比,花后前期低温显著降低甬优17号籽粒蛋白的含量,降幅达40.42%。根据双向电泳结果,在甬优17号和甬优538中分别发现117和6个蛋白上调表达,41和36个蛋白下调表达。基于质谱分析和数据库搜索获得33个差异表达蛋白质,其生物学功能主要涉及籽粒充实与胚发育(12个蛋白质)、能量代谢(5个蛋白质)、病程反应(3个蛋白质)、蛋白质代谢(2个蛋白质)、抗逆反应(2个蛋白质)和氧化作用(2个蛋白质)等生物学过程。较之甬优538,这些功能蛋白在甬优17号中大多出现不同程度的过表达,在蛋白质水平上表现出消极的伤害作用。本研究还发现2个与抗逆反应有关的新蛋白:Sgt1蛋白和假设蛋白RAB24。(6)通过大田试验研究了播期(6月14日,早播;6月21日,适播;6月28日,迟播;7月5日,迟播)对籼粳杂交稻结实特性的影响,并探讨外源亚精胺(Spd)对水稻低温冷害的缓解效应。结果发现随播期推迟,甬优品种生育期缩短,但花后灌浆持续时间延长,尤为对照籼稻品种。与适播相比,迟播或早播,均影响水稻产量,甬优品种产量变化因生育期和抗逆性而异,但低于对照籼稻,甬优538迟播产量降幅(0.91-8.85%)低于甬优8号(2.25-14.81%)和甬优15号(17.38-25.42%)。播期推迟,结实率下降明显,与花后第1、第2和第4周内的日均温呈显著正相关;推迟播期,甬优品种垩白呈下降趋势,但对照籼稻稻米品质变差;此外,推迟播期,增加甬优品种籽粒的长度、面积和周长,而适期播种有利于提高籽粒的比粒重。喷施外源Spd降低低温胁迫下幼苗MDA含量,提高SOD活性,减轻伤害程度;同时减缓迟播处理(7月5日)水稻叶片的衰老程度,提高粒重,尤为弱势粒。