水稻生长和产量对大气CO2浓度升高响应的基因型差异-FACE研究

论文摘要

持续迅速上升的大气二氧化碳（CO2）浓度是全球变暖最大的驱动因子,但其作为光合作用底物直接增加了作物的生产力。水稻是世界上最重要的粮食作物之一。大气CO2浓度升高对水稻生长和产量的肥料效应是否因不同品种而异?其可能原因是什么?均不太清楚,特别是在严格的完全开放的大田试验条件下。本文依托我国唯一的稻田开放式C02浓度升高（Free Air CO2Enrichment, FACE）技术平台（119°42’0"E,32°35’5"N）,以武运粳21、扬辐粳8号、武香粳14、武粳15、Ⅱ优084、汕优63、两优培九、扬两优6号、镇籼96、扬稻6号、扬辐籼6号和扬稻8号共12个水稻品种（或组合）为供试材料,模拟本世纪中叶的大气CO2浓度（约550μmol mol-1）,首次系统研究了FACE情形下高浓度CO2对不同水稻品种生育期、株高、茎蘖动态、物质生产、物质分配、产量构成因素和产量的影响。主要研究结果如下：1.大气CO2浓度升高使所有供试品种播种～抽穗期的天数平均缩短了1d左右,达极显著水平,不同品种响应的大小或方向不尽一致。高浓度CO2对水稻结实期的天数无显著影响,不同品种趋势一致。2.大气CO2浓度升高使所有供试品种拔节期、抽穗期和成熟期株高平均分别增加2.8%（+2.4cm）、3.2%（+3.6cm）和2.9%（+3.4cm）,均达显著或极显著水平,不同品种趋势基本一致。3.大气C02浓度升高使所有供试品种分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期茎蘖数平均分别增加15.2%、13.5%、12.1%和12.7%,均达显著或极显著水平；C02与品种的互作对成熟期茎蘖数有显著影响。大气C02浓度升高条件下水稻茎蘖成穗率略有下降（-2.2%）,但未达显著水平,不同品种趋势一致。4.大气CO2浓度升高使所有供试品种分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期地上部干物质积累量平均分别增加15.2%、20.4%、19.3%和18.4%,均达极显著水平；CO2与品种的互作对抽穗期干物质积累量有显著影响。5.大气CO2浓度升高使所有供试品种移栽～拔节期、拔节～抽穗期和抽穗～成熟期干物质生产量平均分别增加18.4%、20.6%和16.9%,均达0.1或0.05显著水平；CO2与品种的互作对水稻各生育阶段干物质生产量均无显著影响。6.大气CO2浓度升高使所有供试品种分蘖期和抽穗期绿叶占全株干物重比例平均分别下降5.7%和8.9%,茎鞘占全株干物重比例平均分别增加3.5%和3.6%,根系占全株干物重比例平均分别增加7.8%和9.6%,均达极显著水平；大气CO2浓度升高对所有供试品种抽穗期和成熟期稻穗占全株干物重比例及收获指数均无显著影响；CO2与品种的互作对上述参数均无显著影响。7.大气CO2浓度升高使所有供试品种单位面积穗数（+14.3%）和单位面积颖花数（+14.7%）极显著增加,对每穗颖花数、饱粒千粒重、秕粒千粒重、平均千粒重、饱粒率、秕粒率和空粒率等产量构成因素均无显著影响；CO2与品种的互作对单位面积穗数和每穗颖花数的影响达极显著水平。8.大气CO2浓度升高使所有供试品种籽粒产量平均增加125g m-2,增幅为14.7%,达极显著水平。方差分析表明,CO2与品种的互作对籽粒产量有显著影响：高浓度CO2环境下杂交水稻增产的幅度（+20.8%）明显大于常规籼稻（+13.0%）和常规粳稻（+8.6%）。综上可知,高浓度CO2环境下水稻增产的原因,从产量构成因素看主要与单位面积穗数或单位面积颖花数显著增加有关；从物质生产与分配看,主要是生物产量的提高,而与光合产物分配到籽粒中的比例关系不大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 前言
• 2熏蒸技术的发展'>1 水稻研究中CO₂熏蒸技术的发展
• 2浓度升高对水稻生育期和株高的影响'>2 大气CO₂浓度升高对水稻生育期和株高的影响
• 2浓度升高对水稻茎蘖动态的影响'>3 大气CO₂浓度升高对水稻茎蘖动态的影响
• 2浓度升高对水稻物质生产与分配影响'>4 大气CO₂浓度升高对水稻物质生产与分配影响
• 4.1 物质生产
• 4.2 物质分配
• 2浓度升高对水稻产量构成因素及产量的影响'>5 大气CO₂浓度升高对水稻产量构成因素及产量的影响
• 5.1 单位面积穗数
• 5.2 每穗粒数
• 5.3 结实率和千粒重
• 5.4 产量
• 6 本研究的目的和意义
• 1 材料与方法
• 1.1 试验地点与设施
• 1.2 试验处理
• 1.3 供试材料的培育
• 1.3.1 供试品种
• 1.3.2 材料培育
• 1.4 测定内容和方法
• 1.4.1 生育期、株高与茎蘖动态的调查
• 1.4.2 干物重和叶片形态的测定
• 1.4.3 产量及其构成因素的测定
• 1.5 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 生育期
• 2.1.1 播种～抽穗期
• 2.1.2 抽穗～成熟期
• 2.1.3 全生育期
• 2.2 株高动态
• 2.2.1 分蘖期
• 2.2.2 拔节期
• 2.2.3 抽穗期
• 2.2.4 成熟期
• 2.3 茎蘖动态
• 2.3.1 分蘖期
• 2.3.2 拔节期
• 2.3.3 抽穗期
• 2.3.4 成熟期
• 2.3.5 高峰苗
• 2.3.6 成穗率
• 2.4 不同生育时期地上部干物质积累量
• 2.4.1 分蘖期
• 2.4.2 拔节期
• 2.4.3 抽穗期
• 2.4.4 成熟期
• 2.5 不同生育阶段地上部干物质生产量
• 2.5.1 移栽-拔节期
• 2.5.2 拔节～抽穗期
• 2.5.3 抽穗～成熟期
• 2.6 物质分配
• 2.6.1 绿叶占全株干物重比例
• 2.6.2 茎鞘占全株干物重比例
• 2.6.3 根占全株干物重比例
• 2.6.4 稻穗占地上部干物重比例
• 2.6.5 收获指数（地上部）
• 2.7 产量和产量构成因素
• 2.7.1 单位面积穗数
• 2.7.2 每穗颖花数
• 2.7.3 单位面积颖花数
• 2.7.4 饱粒率
• 2.7.5 秕粒率
• 2.7.6 空粒率
• 2.7.7 饱粒千粒重
• 2.7.8 秕粒千粒重
• 2.7.9 平均千粒重
• 2.7.10 籽粒产量
• 3 小结与讨论
• 3.1 生育期和株高
• 3.2 茎蘖动态
• 3.3 物质生产与分配
• 3.3.1 物质生产
• 3.3.2 物质分配
• 3.4 产量构成因素及产量
• 3.4.1 产量构成因素
• 3.4.2 产量
• 参考文献
• 致谢