水稻是中国乃至亚洲的重要粮食作物之一。作为喜温作物,具有一定的耐热性,但当气温超过35℃就会导致水稻高温热害。IPCC第五次评估报告指出,到21世纪末全球温度可能升高超过1.5℃。此外,几乎可以确定,随着全球平均温度上升,高温对水稻生长过程的影响趋势也将更趋严峻。本研究采取盆栽方式,选取两优培九、南粳45和广两优香66为试验材料(所选三个品种均为当地常见水稻品种),于2014-2015年期间,利用人工智能气候箱进行高温控制试验。2014年高温试验中,分别在南粳45和两优培九的孕穗期和开花期进行控制试验,每个时期设置3个温度,分别为35℃、38℃、41℃,分别持续1d、3d、5d、7d,每天处理5h。2015年高温强度不变,温度持续时间为1d、3d、6d。分析了高温对叶片的光合速率、叶绿素含量(SPAD)、植株物质积累和物质分配及产量构成要素的影响,构建了孕穗期高温对水稻穗粒数、结实率的定量影响模型。进一步以南粳45和广两优香66为材料,在颖花不同发育阶段和不同开花阶段进行高温控制试验。每个阶段进行2个温度处理,分别为36℃、40℃,每次处理5h,分析了颖花不同发育阶段和开花过程中对高温的响应差异。上述试验均以自然环境条件下为对照。主要结果如下:1、高温导致水稻叶片光合速率降低,降低的幅度与高温强度、持续时间有关。孕穗期41℃持续7d时,两优培九和南粳45光合速率降低分别为44.6%、28.8%。同一高温条件下,开花期高温处理的叶片光合速率降低幅度大于孕穗期。经高温处理后,叶片SPAD值减小,叶绿素含量降低;随着高温结束后恢复时间增长,SPAD值降幅逐渐缩小,但恢复6d时高温处理的叶片光合速率和SPAD值仍然低于对照,这可能与高温导致叶片局部结构不可逆转性受损有关。2、高温导致水稻植株生物量减少,在温度一定范围内,处理时间越长,单株生物量越小。但在41℃时,随着处理时间延长,单株生物量略有增加,这可能因为在生长后期水稻出现高位分蘖,高位分蘖上的叶片继续进行光合作用,导致光合产物增加。高温导致植株生物量减少的同时,植株的物质分配过程也受到不同程度影响。总体而言,叶片所占比重受高温影响相对较小,而随着处理温度升高,时间延长,穗所占比重越小,茎所占比重越大。3、高温导致水稻减产,且减产程度与高温强度和持续时间有关,温度越高,持续时间越长,水稻减产越严重。开花期比孕穗期对高温更为敏感,同一高温条件下,开花期发生高温后水稻产量低于孕穗期。在产量构成要素方面,孕穗期和开花期高温对水稻单穴穗数影响不大;孕穗期高温导致水稻产量下降的主要因素是穗粒数减少和结实率下降;结实率下降是开花期高温水稻减产的主要原因。4、颖花不同发育阶段和不同开花阶段对高温的响应均存在差异。颖花发育后期发生的高温对水稻产量和结实率影响最严重,中期次之,前期最轻,而在穗粒数方面,颖花发育中期高温对穗粒数大于前期和后期。高温对水稻弱势花的影响明显大于强势花;高温对颖花逐日开花最大量的时间影响不大,但高温导致开花日高峰当天所开颖花量减少。对于水稻群体而言,不同开花阶段对高温的响应差异不同,开花初期高温对水稻影响最大,中期次之,开花后期影响最小。5、孕穗期高温对穗粒数、结实率的影响程度与高温强度、持续时间有关。利用2014年孕穗期高温对水稻穗粒数的影响数据构建了高温与穗粒数之间的定量关系和高温与结实率的定量关系,并采用2015年数据对其进行了检验。研究表明孕穗期高温强度和持续时间与相对穗粒数、相对结实率的关系均可用二次方程描述。经检验,两优培九和南粳45穗粒数模拟值的相对均方根差分别为10.5%、10.0%;结实率模拟值的相对均方根差分别为16.2%、20.0%,表明本研究给出的定量方法能够较好的解释高温对穗粒数和结实率的影响。