利用新型自然光气体熏蒸平台,以23个水稻品种或株系为供试材料,设置室内对照（10.4 n L·L-1）和臭氧浓度增高（100 n L·L-1）处理,采用组内最小平方和的动态聚类方法,将供试材料按地上部最终生物量对臭氧胁迫的响应从小到大依次分为A、B和C类,研究不同敏感类型水稻营养器官中元素浓度、吸收与分配对臭氧胁迫的响应。臭氧熏蒸使A、B和C三类水稻地上部生物量平均分别下降19%、39%和52%,后两者达极显著水平。与对照相比,臭氧胁迫使稻草中N、P、K、Mg、Mn、Fe、Cu和Zn浓度显著或极显著增加（5%~42%）,但对Ca浓度没有影响。与此相反,臭氧熏蒸使稻草中所有测定元素的吸收总量均呈下降趋势,其中N、P、K、Ca、Mg、Cu、Fe和Zn吸收量的降幅均达极显著水平（11%~34%）。多数情形下,茎鞘各元素浓度和吸收量对臭氧胁迫的响应大于叶片。与此相对应,臭氧胁迫使水稻吸收的元素向叶片中分配的比例增加,而向茎鞘分配的比例减少,导致叶片与茎鞘元素吸收量的比值大幅增加（32%~92%）。臭氧与水稻类型的互作对营养器官各元素浓度以及元素在茎叶中的分配比例多无显著影响,但对元素吸收量的影响多达显著或极显著水平,后者表现为臭氧胁迫下敏感水稻元素吸收的受抑程度更大。研究结果表明,与干净空气相比,100 n L·L-1臭氧浓度对水稻营养器官中各元素浓度、吸收和分配多有显著影响,其中元素吸收量对臭氧胁迫的响应明显受水稻敏感程度的影响。
【目的】针对不断升高的近地层臭氧浓度,研究臭氧胁迫对不同敏感类型水稻生长动态和产量形成的影响,为抗臭氧品种的选育提供参考依据。【方法】2013年,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,设置对照(10 n L·L^(-1))和臭氧浓度增高(100 n L·L^(-1))处理,采用组内最小平方和的动态聚类方法,根据供试材料地上部最终生物量对臭氧胁迫的响应从小到大依次分为A类(低度敏感型)、B类(中度敏感型)和C类(高度敏感型)3个类别,分析不同敏感类型水稻株高和分蘖动态、籽粒产量以及产量构成因子对臭氧胁迫的响应及其与成熟期生物量响应的关系。【结果】与对照相比,臭氧胁迫使A、B和C类水稻地上部生物量平均分别下降19%、39%和52%,B和C类达极显著水平。除首期外,臭氧胁迫使其他测定期株高下降,降幅随时间推移逐渐增加,但不同类型水稻的降幅相近。与此不同,臭氧胁迫对分蘖发生的影响因不同水稻类型而异:全生育期平均,臭氧胁迫对A类水稻分蘖数没有影响,但使B类和C类水稻分别下降17%和23%,均达极显著水平。臭氧胁迫使水稻籽粒产量及产量构成因子均显著或极显著下降,其中单位面积穗数(A类水稻没有响应,B和C两类水稻分别下降16%和26%)、每穗颖花数(A、B和C类水稻分别下降16%、19%和27%)和单位面积颖花数(A、B和C类水稻分别下降11%、31%和46%)的降幅在不同类型水稻间差异明显,但在饱粒重、饱粒率和最终产量方面,3类水稻的降幅差异较小。臭氧胁迫导致的产量损失主要与饱粒率和总库容量大幅下降有关,其次亦与穗数和饱粒重的下降有关。臭氧胁迫下,水稻成熟期地上部生物量的响应与生育中后期分蘖数和最终穗数、每穗颖花数以及单位面积颖花数的响应均呈极显著正相关,但与各期株高、饱粒率、饱粒重和最终产量的相关性均不密切。
依托中国稻田臭氧FACE(Free Air ozone Concentration Enrichment)技术平台,以常规籼稻扬稻6号为供试材料,设置大气臭氧浓度(Ambient)和高臭氧浓度(比Ambient高50%),移栽密度设置低密度(16穴/m2)、中密度(24穴/m2)和高密度(32穴/m2),研究不同移栽密度下近地层臭氧浓度升高对水稻生长发育和产量的影响。结果表明,高浓度臭氧对水稻抽穗期、成熟期和最终株高均无显著影响,但使收获期生物产量显著下降,其中低、中和高密度条件下分别下降23%、20%和9%。臭氧胁迫导致的生物产量下降主要与拔节至抽穗期物质生产量明显下降有关(-23%),而营养生长期物质生产量差异不显著。前者主要与高浓度臭氧下水稻生长后期的净同化率(NAR)显著下降有关,也与该期叶面积指数(LAI)下降部分相关。高浓度臭氧对营养生长期不同器官生物量影响较小,但可使生殖生长期各器官生物量显著下降,其中茎鞘生物量降幅大于叶片,因此,臭氧胁迫下生物量在叶片中的分配比例呈增加趋势,而在茎鞘中的分配比例则相反。臭氧胁迫对单位面积穗数和每穗颖花数均无显著影响,但使饱粒率和饱粒重显著下降,空粒率和秕粒率明显增加。臭氧胁迫使水稻籽粒产量平均下降16%,其中,低、中、高密度下分别下降24%、14%和10%。臭氧胁迫对水稻生长后期的LAI、NAR、物质生产量以及每穗颖花数、饱粒重和籽粒产量的负面影响均随密度的增加而呈减小的趋势。以上结果表明,适当增加移栽密度可以减小臭氧胁迫对水稻生长后期的光合面积特别是净同化率的影响,进而减轻对颖花分化和籽粒生长过程的伤害,最终可显著减少臭氧胁迫下经济产量的损失。
依托中国稻田臭氧FACE(Free Air gas Concentration Enrichment)技术平台,以超级稻Ⅱ优084为供试材料,设置环境臭氧浓度(Ambient)和高臭氧浓度(平均比Ambient高约25%)2个水平,无蘖苗和一蘖苗2种秧苗类型,研究臭氧胁迫对超级稻大田期生长发育、光合作用和产量形成的影响及其与秧苗素质的互作。结果表明:(1)臭氧胁迫使Ⅱ优084全生育期缩短约7 d,使成熟期株高降低8%。(2)臭氧胁迫对结实期叶片胞间CO2浓度无明显影响,但使叶片叶绿素相对含量SPAD值、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著降低,且后期降幅大于前期。(3)高浓度臭氧使成熟期地上部总生物量平均下降24%,这主要与抽穗至成熟阶段物质生产量大幅下降有关。(4)高浓度臭氧对单位面积穗数没有影响,但每穗颖花数(-19%)、饱粒率(-12%)和饱粒重(-5%)均明显下降,空粒率和秕粒率大幅增加,最终导致水稻显著减产(-27%)。(5)尽管臭氧与秧苗类型间无显著互作效应,但臭氧胁迫对一蘖苗株高、叶片SPAD值、每穗颖花数、饱粒率、秕粒率和空粒率的影响程度均略小于无蘖苗。综上所述,高浓度臭氧环境下Ⅱ优084大幅减产主要是单穗库容量变小所致,亦与籽粒结实能力下降有关,而后者又与水稻生长后期光合生产明显受抑相关。
近地层臭氧浓度升高使水稻生长受抑进而使产量下降,但这种影响是否因不同栽培条件而异尚不清楚。2011年依托先进的稻田臭氧FACE(Free Air gas Concentration Enrichment)技术平台,以汕优63为供试材料,臭氧设置大气臭氧浓度(Ambient)和高臭氧浓度(比Ambient高50%),秧苗素质设置弱苗(移栽时无分蘖)和壮苗(移栽时带两个分蘖),移栽密度设置低密度(16穴/m2)、中密度(24穴/m2)和高密度(32穴/m2),研究不同秧苗素质和移栽密度条件下臭氧胁迫对水稻生长和产量的影响。结果表明:高浓度臭氧使水稻结实期叶片SPAD值、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率明显下降,但胞间CO2浓度和叶温无显著变化。高浓度臭氧对水稻拔节前物质生产量没有影响,但使拔节至抽穗期、抽穗至成熟期物质生产量平均分别降低13%和29%,进而使成熟期生物产量和籽粒产量均显著下降。方差分析表明,臭氧与秧苗素质间没有互作效应,但臭氧与移栽密度的互作对最终产量的影响达显著水平。以上结果表明,臭氧胁迫使水稻生长后期光合受阻,导致物质生产和产量显著下降;适当增加移栽密度可能会减少臭氧胁迫下水稻产量的损失。
