CO_2浓度增高对北方水稻生理代谢影响的研究

【摘要】全球大气CO2浓度增高已成不争的事实,作为植物光合作用的主要底物之一,大气CO2浓度的变化必然影响作物的生长发育和生理过程。水稻作为全球重要的食物资源是国内外重要的研究对象,而北方粳稻作为中国北方的主产作物,在CO2浓度增高的气候变化条件下的生理代谢和产量如何变化成为待解决的科学问题之一。FACE(FreeAirC02Enrichment,自由大气CO2浓度增高)系统是目前模拟未来大气高浓度CO2的最佳方法。本研究利用中国北方FACE实验平台,设置两个CO2浓度水平,分别为试验地实测大气CO2浓度(389±40μmolmol-1)和FACE圈增高浓度(600±60μmol-1以松粳9号和稻花香2号两个粳稻品种为试材,从植株形态、叶片可溶性物质和光合色素含量、籽粒营养物质含量、籽粒酶活性和植株生产力变化等方面研究北方水稻生理代谢对CO2浓度增高的响应规律,得出以下主要结果：(1)FACE处理使松粳9号和稻花香2号株高比对照显著降低2.27%和5.05%;FACE处理使松粳9号穗长降低,稻花香2号穗长增加；植株剑叶形态在FACE处理下的变化表现在,叶片增厚,叶长和叶宽减少。(2)CO2浓度增高显著提高水稻孕穗至完熟期剑叶可溶性糖含量,松粳9号和稻花香2号最高增幅分别达13.80%和52.05%；降低剑叶可溶性蛋白含量,二者最大降幅分别为31.69%和14.20%。说明高浓度CO2可能促进水稻的生育进程,导致水稻早熟,叶片衰老促进可溶性糖的分解,也加快功能叶可溶性蛋白的转化速率。籽粒营养物质含量方面,FACE处理使稻花香2号籽粒蛋白质含量降低4.51%,使松粳9号籽粒直链淀粉含量增加3.46%,说明CO2浓度增高对籽粒营养物质含量的影响存在品种间差异。(3)高浓度CO2使松粳9号和稻花香2号孕穗和抽穗期剑叶叶绿素a含量都极显著升高,最大增幅分别达28.46%和19.58%；蜡熟期分别极显著降低15.25%和23.20%。完熟期高浓度CO2极显著提高松粳9号和稻花香2号剑叶叶绿素b含量,增幅分别为4.19%和9.46%；蜡熟期降低7.57%和5.33%。CO2浓度增高使松粳9号和稻花香2号抽穗期剑叶类胡萝卜素含量显著增加9.47%和13.55%；乳熟至完熟期剑叶类胡萝卜素含量均显著降低,最高降幅达13.54%和16.67%。CO2浓度增高对两品种剑叶总叶绿素含量和叶绿素a/b比值的影响趋势一致,孕穗和抽穗期有增加趋势,蜡熟期有减少趋势。高CO2浓度促进北方水稻剑叶生育前期光合色素的积累,对灌浆后期有抑制作用,各品种响应程度有差异。(4)CO2浓度增高显著提高水稻抽穗开花期、乳熟期和完熟期籽粒ADPG焦磷酸化酶活性,松粳9号和稻花香2号最大增幅分别达56.67%和21.31%。CO2浓度增加极显著提高乳熟期至完熟期籽粒淀粉合成酶活性,松粳9号和稻花香2号可溶性合成酶活性最大增幅分别为36.81%和66.67%,颗粒型合成酶活性最大增幅分别为25.00%和36.44%。CO2浓度增高使抽穗扬花期、蜡熟期和完熟期籽粒可溶性分支酶活性显著增加,松粳9号和稻花香2号最大增幅达25.15%和21.33%,乳熟期降低9.96%和5.19%；C02浓度增高使抽穗扬花期籽粒颗粒型分支酶活性显著降低13.08%和5.74%,乳熟期和完熟期显著提高,松粳9号和稻花香2号最大增幅分别为14.14%和12.5%。CO2浓度增高使松粳9号和稻花香2号籽粒ADPG焦磷酸化酶和颗粒型分支酶活性峰值分别显著提高21.19%和13.32%。ADPG焦磷酸化酶和可溶性合成酶活性最大值较高的品种直链淀粉含量较高,且可溶性合成酶和颗粒型分支酶活性达到顶点时间较早的品种直链淀粉含量较高,说明CO2浓度增高可不同程度促进淀粉的合成,进而提高水稻品质。(5)高浓度C02使松粳9号和稻花香2号抽穗至乳熟期籽粒蔗糖合成酶活性显著提高,最高增幅分别为65.33%和61.09%,乳熟后受高浓度CO2影响显著降低,降幅分别达6.52%和5.99%。完熟期松粳9号和稻花香2号籽粒液泡型转化酶活性在FACE条件下显著提高31.15%和36.63%。CO2浓度增高使松粳9号和稻花香2号孕穗期和完熟期籽粒细胞壁结合型转化酶活性显著提高,松粳9号孕穗期增幅较大为22.61%,稻花香2号完熟期增幅较大为44.54%。齐穗期前松粳9号和稻花香2号籽粒蔗糖磷酸合成酶活性受高浓度CO2影响均显著提高,最高增幅分别达65.73%和71.94%。松粳9号在FACE处理下籽粒蔗糖合成酶和细胞壁结合型转化酶活性峰值分别显著提高27.83%和22.61%；稻花香2号细胞壁结合型转化酶活性峰值极显著提高34.27%。(6)CO2浓度增高使松粳9号单株籽粒产量、生物学产量、经济系数分别显著提高9.71%、1.60%和15.44%,稻花香2号平均升高2.22%、1.97%和31.06%。产量构成方面,松粳9号和稻花香2号的单位面积穗数、结实率和千粒重均有提高,千粒重增幅分别达8.6%和4.5%,说明千粒重受CO2浓度增高影响增幅较显著,且高浓度CO2最终提高水稻植株生产力。
【作者】王惠贞；
【导师】谢立勇；冯永祥；
【作者基本信息】沈阳农业大学，气象学，2014，硕士
【关键词】CO2浓度增高；北方水稻；FACE；生理代谢；产量；

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