水稻是全球半数以上人口的主食,增加稻米中的锌营养水平对解决人类锌缺乏至关重要。依托稻田FACE(Free Air CO_(2) Enrichment)平台,采用9个现代品种为供试材料,CO_(2)处理设置环境CO2浓度(Ambient)和高CO2浓度(增200μmol·mol-1)两个水平,锌处理设置对照(不施锌)和叶面施锌(灌浆前期喷施0.2%ZnSO_(4))处理,研究水稻糙米产量、锌浓度、锌有效性以及锌肥利用率对CO2和锌处理的响应及其品种间差异。结果表明,与Ambient相比,高CO_(2)浓度使所有品种糙米产量平均增加15.7%,但对糙米锌浓度、植酸浓度及植酸与锌摩尔比均无显著影响,不同品种和不同锌处理条件下趋势均一致;高CO_(2)浓度下扬稻6号和隆两优1988糙米籽粒锌肥利用率显著降低,而其他品种无显著变化。花后叶面施锌对糙米产量及植酸浓度无显著影响,但使糙米锌浓度平均增加37.3%,植酸与锌摩尔比平均降低29.1%,不同品种间响应幅度存在显著差异。以上数据说明,在环境CO_(2)浓度和CO_(2)浓度升高两种情形下,水稻花后叶面喷施锌肥均可显著改善稻米的锌营养水平,幅度因品种而异,而高CO_(2)浓度使部分籼稻品种的锌肥利用率显著下降。
大气二氧化碳(CO_2)浓度和温度的增加是全球气候变化的两个最主要特征。目前空气中的CO_2浓度已从1800年的不到280μmol/mol上升到391μmol/mol,预测本世纪末最高将增至936μmol/mol。伴随CO_2及其它温室气体增强的温室效应,相比1980—1999年,2100年之前全球地表平均气温将增高1.5—4.0℃。水稻是人类最重要的食物来源,为全球半数以上人口提供营养。在介绍CO_2浓度和温度增高试验平台的基础上,系统总结了CO_2浓度和气温这两个重要的环境因子特别是两者的交互互作对水稻影响的实验进展,内容包括光合作用、生育进程、分蘖发生、物质生产、籽粒产量、受精过程、碳氮代谢、稻米品质以及水稻/杂草竞争等方面。结果表明,作为光合作用的底物,大气CO_2浓度增高对水稻生产力的直接影响通常是有益的;相反,气温升高及其与CO_2的互作对水稻各生长过程的影响变异很大(从负到正),反映了处理因子(包括CO_2-温度处理水平和时间)、供试品种及其生长条件之间复杂的交互作用。目前这一方向有限的认识多来自于封闭或半封闭气室的研究,未来研究的重点是利用稻田T-FACE(Temperature-Free Air CO_2Enrichment)技术结合气室试验展开更多更深入的学科交叉研究,研明CO_2浓度与温度的交互作用对水稻关键生长过程的影响,并找出这些互作效应的生物学机制,增强人们对气候假定情景下水稻响应的预测能力,进而更加有效地制订出应对气候变化的适应策略。
The increase of atmospheric carbon dioxide(CO_2) concentration adversely affect several quality traits of rice grains, but the biochemical mechanism remains unclear. The objectives of this study were to determine how changes in the source-sink relationship affected rice quality. Source-sink manipulation was achieved by free-air CO_2 enrichment from tillering to maturity and partial removal of spikelet at anthesis using a japonica rice cultivar Wuyunjing 23. Enrichment with CO_2 decreased the head rice percentage and protein concentration of milled rice, but increased the grain chalkiness. In contrast, spikelet removal resulted in a dramatic increase in the head rice percentage and protein concentration, and much less grain chalkiness. Neither CO_2 enrichment nor spikelet removal affected the starch content, but the distribution of starch granule size showed distinct treatment effects. O n average, spikelet removal decreased the percentage of starch granules of diameter >10 and 5–10 μm by 23.6 and 5.6%, respectively, and increased those with a diameter of 2–5 and <2 μm by 4.6 and 3.3%, respectively. In contrast, CO_2 elevation showed an opposite response: increasing the proportion of large starch granules(>5 μm) and decreasing that of <5 μm. The starch pasting properties were affected by spikelet removal much more than by CO_2 elevation. These results indicated that the protein concentration and starch granule size played a role in chalkiness formation under these experimental conditions.
大气二氧化碳(CO_2)浓度增高导致全球变暖,但作为光合作用底物促进绿色作物的光合作用。为了明确高CO_2浓度对杂交水稻结实期光合日变化的影响,2014年利用稻田FACE(Free Air CO_2Enrichment)平台,以生产上曾创高产纪录的两个杂交稻新组合甬优2640和Y两优2号为供试材料,设置环境CO_2和高CO_2浓度(增200μmol/mol)两个水平,测定杂交稻抽穗期和灌浆中期光合作用日变化和成熟期生物量。结果表明,高CO_2浓度环境下两组合抽穗期叶片净光合速率均大幅增加(全天平均52%),但灌浆中期的平均增幅减半,其中Y两优2号这种光合下调表现更为明显。大气CO_2浓度升高使两杂交稻组合抽穗和灌浆中期叶片气孔导度均大幅下降,导致蒸腾速率下降而水分利用效率大幅增加,Y两优2号气孔导度和蒸腾速率对CO_2的响应上午大于下午,而甬优2640表现相反。尽管大气CO_2浓度升高使杂交稻结实期不同时刻胞间CO_2浓度均大幅增加,但对气孔限制值特别是胞间CO_2与空气CO_2浓度之比多无显著影响,两品种趋势一致。大气CO_2浓度升高对甬优2640地上部生物量及其组分的影响明显大于Y两优2号,CO_2与品种间多存在互作效应。以上结果表明,与甬优2640相比,Y两优2号最终生产力从高CO_2浓度环境中获益较少可能与该品种生长后期存在明显的光合适应有关,但这种光合适应似乎不是由气孔限制造成的。
【目的】研究臭氧胁迫下不同敏感型水稻叶片表观响应特征,为耐性水稻品种的选育提供参考。【方法】利用自然光气体熏蒸平台,以23个水稻品种或株系为供试材料,臭氧设置室内对照(10 n L/L)和高臭氧浓度(100 n L/L)两个处理。采用组内最小平方和动态聚类方法,根据供试材料地上部最终生物量对高浓度臭氧的响应从小到大依次分为A、B和C 3个类别,研究臭氧胁迫下不同敏感类型水稻叶片伤害指数(LBS)特别是顶3叶叶色值(SPAD值,土壤、作物分析仪器开发)的动态响应及其与最终生长量变化的关系。【结果】臭氧胁迫使A、B和C 3类水稻成熟期地上部生物量平均分别下降19%、39%和52%,后两者降幅达极显著水平。臭氧处理水稻的LBS随生育期推移呈明显的增加趋势,但不同敏感类型水稻间均无显著差异,各测定时期表现一致。与对照相比,臭氧胁迫使不同测定时期的叶片SPAD值显著下降,降幅随熏蒸时间延长和叶位下移明显增加。全生育期平均,臭氧胁迫使所有供试材料倒1叶、倒2叶和倒3叶SPAD值分别下降11%、18%和30%,均达极显著水平。与此不同,臭氧胁迫对叶片SPAD值的影响不同水稻类型间无显著差异,不同测定时期趋势相同。相关分析表明,尽管臭氧胁迫水稻成熟期地上部生物量的响应与部分测定时期LBS存在一定的相关性,但其与所有测定时期叶片SPAD值变化的相关性均不显著,不同叶位趋势一致。【结论】在本研究条件下,臭氧熏蒸叶片的伤害指数和SPAD值的响应均不宜作为水稻生长对臭氧耐性程度的评价指标。
