在开放式空气CO2浓度升高(free-air CO2 enrichment, FACE)条件下,研究了籼稻IIY084与粳稻WYJ23根际土壤矿质元素(Fe、Mn、Cu、Zn、Ca和Mg)有效态含量及其在水稻各组织中的吸收与分配,结合前期稻米矿质元素含量下降的研究结果,探讨了其下降的机制。结果表明:大气CO2浓度升高,显著增加水稻穗、茎、根和整株生物量,两个品种平均增加19.4%、9.3%、23.4%、16.0%;根际土壤中矿质元素的有效态含量大体呈增加趋势;除Ca吸收量增加外,水稻其他矿质元素总吸收量未发生显著变化;显著促进大部分矿质元素在穗中的吸收与分配,而降低其在茎中的分配比;在穗内有增加大部分矿质元素在壳梗中滞留的趋势,相应地减少其在糙米中的分配比。品种效应分析显示,IIY084的茎和整株生物量,以及穗中Fe、Mn、Cu,叶中Zn、Mg,茎中Cu的吸收量与分配百分数均显著高于WYJ23,而叶中Mn、茎中Fe和根中Cu、Zn则呈相反趋势。可见,大气CO2浓度升高条件下,碳水化合物与矿质元素从植株营养器官到籽粒的不平衡转运以及在壳梗中的滞留可能是导致两水稻品种糙米中矿质元素含量降低的重要原因。
利用稻田FACE（Free Air gas Concentration Enrichment）系统，设置对照（Ambient, 环境空气）、CO2浓度增高（EC，比Ambient增200 μmol·mol-1）、温度增高（ET，比Ambient增2 ℃）和CO2浓度与温度同步增高（EC＋ET）4个处理，研究其对超级杂交籼稻Ⅱ优084生长发育的影响。结果表明：与Ambient相比，EC或EC＋ET使水稻抽穗和成熟期推迟1～3 d，但ET对生育期没有影响；EC、EC＋ET使水稻成熟期单茎干重分别增加49%、40%，均达显著水平，但ET则呈相反趋势；与Ambient相比，EC使成熟期叶片、茎鞘、稻穗及地上部干重分别增加40%、69%、30%和39%，均达极显著水平；ET使对应部位干重分别减少11%、21%、31%和26%，除茎鞘外均达显著或极显著水平；EC＋ET使对应部位干重分别增加40%、47%、10%和18%，除稻穗外均达显著水平；抽穗期和抽穗后20 d各器官干重及地上部总重对各处理的响应趋势一致，但幅度明显小于成熟期；与生物量不同，各处理对结实期物质分配比例影响较小；EC、EC＋ET使水稻成熟期茎鞘非结构性碳水化合物浓度和含量显著增加，但ET表现出相反趋势。综上所述，大气CO2浓度和温度同时升高情形下，超级稻Ⅱ优084收获期茎鞘同化物浓度和含量、各器官干重以及地上部生长总量均明显增加，但增幅略小于单独CO2浓度升高环境下生长的水稻。
大气二氧化碳(CO_2)浓度和气温增高是全球气候变化的重要特征,本研究旨在揭示未来气候变化条件下生长的水稻,其种子活力是否受这两个重要环境因子的影响。利用稻田FACE(Free Air CO_2Enrichment)系统,以常规水稻武运粳23为供试材料,设置对照(Ambient,环境空气)、CO_2浓度增高(比Ambient高200μmol/mol)、温度增高(比Ambient高2℃)和CO_2浓度与温度同时增高四个处理,成熟期收获种子进行实验室标准发芽实验。结果表明,与对照相比,单独CO_2浓度增加使成熟种子浸种24h浸出液电导率平均增加16.5%,但使种子露白率、发芽率、发芽势和发芽指数分别下降7.8%、10.0%、17.4%和8.9%。相似地,单独温度增高或CO_2浓度和温度同时增高处理对上述参数影响的方向一致,但影响的幅度变小,多未达显著水平。与环境生长温度相比,高温环境下全生育期CO_2浓度升高使成熟种子浸种24h浸出液电导率、露白率、发芽率、发芽势和发芽指数的影响变小,表现在CO_2浓度与温度处理间存在一定程度的交互作用。种子发芽后芽和根系性状对高CO_2浓度或高温均无显著响应。以上结果说明,大气CO_2浓度增高200μmol/mol环境条件下,常规粳稻武运粳23成熟种子露白率、发芽率、发芽势和发芽指数等指标均明显下降,但在同时适度增温的生长环境下这种负面影响有减弱的趋势。
2013年利用稻田FACE(Free Air CO2Enrichment)平台,以武运粳23为供试材料,主区CO2处理分别设置环境CO2浓度(Ambient)和高CO2浓度[比Ambient高(200±40)μL·L-1]两个水平,裂区锌处理分别设置对照(不施锌)和叶面施锌(齐穗后每隔5 d喷施0.2%ZnSO4,共3次)处理,研究常规粳稻籽粒不同部位锌浓度、植酸浓度以及[植酸]/[Zn2+]摩尔比值对CO2和锌处理的响应。结果表明,籽粒不同部位的锌浓度、植酸浓度以及[植酸]/[Zn2+]摩尔比均表现为精米<糙米<糠层,糠层部位分别是精米部位的4.8、45.3倍和9.6倍。大气CO2浓度升高对精米、糙米和糠层部位锌浓度均无显著影响,但锌处理使对应部位锌浓度平均分别增加8.5%、17.1%和22.7%,均达显著或极显著水平。CO2和锌处理对稻米各部位植酸浓度均无显著影响。大气CO2浓度升高对稻米各组分[植酸]/[Zn2+]摩尔比均无显著影响,但锌处理使精米、糙米和糠层[植酸]/[Zn2+]摩尔比平均分别下降5.2%、12.9%和18.7%,糙米和糠层部分达显著水平。方差分析表明,锌处理与部位间的互作对锌浓度、[植酸]/[Zn2+]摩尔比的影响达极显著和显著水平。糙米和糠层中[植酸]/[Zn2+]摩尔比与对应部位锌浓度均呈极显著负相关,但与植酸浓度相关不密切。以上数据说明,高浓度CO2环境下武运粳23稻米不同部位锌浓度及有效性无显著变化,但结实期叶面喷施锌肥,可改善该品种稻米不同部位特别是外层的锌营养水平。
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。
