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大气CO2浓度升高对杂交稻生长和产量的影响

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摘要

1 引言

1.1 大气CO2浓度升高对水稻生育期和株高的影响

1.2 大气CO2浓度升高对水稻茎蘖动态的影响

1.3 大气CO2浓度升高对水稻光合作用的影响

1.4 大气CO2浓度升高对水稻物质生产与分配的影响

1.4.1 物质生产

1.4.2 物质分配

1.5 大气CO2浓度升高对水稻产量及其构成因素的影响

1.5.1 单位面积穗数

1.5.2 颖花数

1.5.3 结实率和饱粒重

1.5.4 产量

1.6 大气CO2浓度升高对水稻养分吸收利用的影响

1.7 超级稻的历史进程

1.8 本研究的目的和意义

2 材料与方法

2.2 试验平台

2.3 材料培育与处理

2.4 测定内容和方法

2.4.1 生育期、株高与茎蘖动态

2.4.2 光合参数

2.4.4 物质生产与分配

2.4.5 产量及其构成因素

2.4.6 氮元素的测定

2.4.7 磷、钾元素的测定

2.5 统计分析方法

3 结果与分析

3.1 大气CO2浓度升高对杂交稻生育期、株高和分蘖的影响

3.1.1 生育期

3.1.2 株高动态

3.1.3 最高分蘖数和茎蘖成穗率

3.2 大气CO2浓度升高对杂交稻叶片光合作用的影响

3.2.1 叶片净光合速率(Pn)

3.2.2 叶片气孔导度(Gs)

3.2.3 叶片胞间CO2浓度(Ci)

3.2.4 叶片蒸腾速率(Tr)

3.2.5 叶片水分利用率(WUE)

3.3 大气CO2浓度升高对杂交稻物质生产与分配的影响

3.3.1 不同生育时期地上部干重

3.3.2 不同生育时期叶片、茎鞘和稻穗干重

3.3.3 不同生育阶段地上部物质生产量

3.3.4 物质分配

3.3.5 收获指数(Harvest index,HI)

3.4 大气CO2浓度升高对杂交稻产量及其构成因素的影响

3.4.1 产量

3.4.2 单位面积穗数

3.4.3 颖花数

3.4.4 饱粒率、秕粒率和空粒率

3.4.5 饱粒重和平均粒重

3.5 大气CO2浓度升高对N素吸收及利用的影响

3.5.1 含N率

3.5.2 N素积累量

3.5.3 N素分配

3.5.4 N素利用

3.6 大气CO2浓度升高对P素吸收及利用的影响

3.6.1 含P率

3.6.2 P素积累量

3.6.3 P素分配

3.6.4 P素利用

3.7 大气CO2浓度升高对K素吸收及利用的影响

3.7.1 含K率

3.7.2 K素积累量

3.7.3 K素分配

3.7.4 K素利用

4 小结与讨论

4.1 关于大气CO2浓度升高对杂交稻生育期、株高和茎蘖的影响

4.2 关于大气CO2浓度升高对杂交稻光合作用的影响

4.3 关于大气CO2浓度升高对杂交稻物质生产与分配的影响

4.3.1 物质生产

4.3.2 物质分配

4.4 关于大气CO2浓度升高对杂交稻产量及其构成因素的影响

4.4.1 单位面积穗数

4.4.2 颖花数

4.4.3 饱粒率和饱粒重

4.4.4 产量

4.5 关于大气CO2浓度升高对杂交稻N素吸收利用的影响的影响

4.6 关于大气CO2浓度升高对杂交稻P素吸收利用的影响

4.7 关于大气CO2浓度升高对杂交稻K素吸收利用的影响的影响

参考文献

致谢

声明

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摘要

大气CO2浓度已从1800年的不到280μ mol mol-1上升到目前的400μmol mol-1,预测2050年将达到550μ mol mol-1。杂交稻产量潜力大、抗逆性强,为解决中国粮食安全问题发挥了不可替代的作用。已有少量研究表明,杂交稻产量对高CO2浓度的响应可能大于常规稻,但对于当前稻作生产中的超高产杂交组合而言,这种高应答是否具有普遍性?其生理机制是什么?目前尚不清楚。本研究利用稻田FACE(Free Air CO2 Enrichment)系统平台,以生产上曾创高产纪录的籼粳杂交稻甬优2640和杂交籼稻Y两优900(为超级稻)为供试材料,设置环境CO2浓度(Ambient)和高CO2浓度(Ambient+200μmol·mo1-1)两个水平,系统研究了高CO2浓度对杂交稻生育期、株高、光合参数、物质生产与分配、籽粒产量及其构成因素以及元素吸收利用的影响及其种间差异。主要结果如下:
  1.与对照相比,高CO2浓度使水稻抽穗和成熟期平均分别缩短1.5和2.5 d,均达显著或极显著水平;除生长早期外,高CO2浓度使水稻各期株高显著增加,两品种趋势一致。
  2.高CO2浓度使拔节期、抽穗期、抽穗后24d和抽穗后42d叶片净光合速率均显著增加,但增幅因品种而异:其中甬优2640分别增加50%、40%、49%和26%,而Y两优900分别增加28%、31%、21%和2%。除生长早期外,高CO2浓度使各期气孔导度和蒸腾速率显著下降,Y两优900的降幅大于甬优2640;与此相反,高CO2浓度使各期水分利用率均显著增加,其中甬优2640的增幅略大于Y两优900。
  3.高CO2浓度使两品种分蘖、拔节、抽穗及成熟期地上部干物质积累量平均分别增加12%、11%、26%和17%,均达极显著水平。从不同生育阶段看,以生育中期的增幅最大。高CO2浓度使两品种不同生育期叶片占地上部干重的比例显著下降,使抽穗和成熟期稻穗占地上部干重的比例显著增加,而茎鞘比例的响应因生育期而异。高CO2浓度条件下甬优2640稻穗比例的增幅大于Y两优900。
  4.高CO2浓度使两品种籽粒产量平均增加20%,其中甬优2640和Y两优900分别增加28%和12%,均达极显著水平;高CO2浓度导致的产量增加主要与穗数(+10%)、每穗颖花数(+6%)和总颖花数(+17%)极显著增加有关,而结实能力没有变化。CO2与品种的互作对水稻产量、穗数、每穗颖花数和总颖花数的影响均达0.1以上显著水平。
  5.与对照相比,高CO2浓度使两品种分蘖、拔节、抽穗及成熟期地上部含氮率、含磷率和含钾率平均分别下降7.3%~17.0%、4.6%~8.5%、4.4%~7.1%,均达显著或极显著水平。高CO2浓度对水稻不同生育期吸氮量无显著影响,但使各期地上部吸磷量和吸钾量均呈明显的增加趋势,多达显著水平。高CO2浓度使水稻各期氮、磷、钾累积量在叶片中的分配比例下降,但使茎鞘和稻穗中的分配比例增加,且多数情况下达0.1以上显著水平。高CO2浓度使水稻各期氮、磷、钾干物重生产效率和结实期籽粒生产效率均明显增加。CO2与品种互作对上述参数的影响多未达显著水平。
  以上结果表明,大气CO2浓度升高对甬优2640最终产量的影响明显大于Y两优900,这可能与该品种库容响应较大,生长后期不存在明显的光合适应有关。

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