高浓度CO2对抽穗期水稻叶片光合等生理特性的影响

论文总字数：16213字

目 录

1. 引言 ………………………………………………………………1

1.1全球CO₂浓度升高 …………………………………………………………………………1 1.2 水稻的重要性………………………………………………………………………………1

1.3 水稻的光合生理特性………………………………………………………………………1

二．材料与方法…………………………………………………………2

2.1 实验站点 …………………………………………………………………………………2

2.2 FACE系统…………………………………………………………………………………2

2.3 植物品种和生理测量 ……………………………………………………………………2

2.3.1 植物品种………………………………………………………………………………2

2.3.2 生理测量………………………………………………………………………………2

2.4 光合作用参数的计算………………………………………………………………………3

2.5 统计分析……………………………………………………………………………………3

三． 结果分析 …………………………………………………………3

3.1 CO2浓度和品种对水稻生理特性的影响…………………………………………………3

3.1.1 CO₂浓度升高对于水稻抽穗期净光合速率，气孔导度，蒸腾速率，水分利用效率的影响………………………………………………………………………………3

3.1.2 CO₂浓度升高对于水稻抽穗期胞间CO₂浓度，光合系统2的效率，光化学淬灭，非光化淬灭的影……………………………………………………………………6

3.1.3 CO₂浓度升高对于V_cmax值的影响……………………………………………………10

3.3 CO₂浓度升高对叶片C,N含量的影响……………………………………………………12

3.4 CO₂浓度升高对叶绿素相对含量的影响…………………………………………………14四． 讨论 ……………………………………………………………15

4.1 CO₂浓度升高对于光合生理特性的影响…………………………………………………15

4.2 CO₂浓度升高对于水稻叶片C,N含量，C/N的影响 ……………………………………15

4.3 CO₂浓度升高对于水稻叶绿素含量的影响 ……………………………………………16参考文献 ……………………………………………………………16

致谢 …………………………………………………………………18

高浓度CO₂对抽穗期水稻叶片光合等生理特性的影响

李世杰

摘要：由于大气中CO₂含量日益增高，从而在各个方面都直接或间接的影响着地球上的生物及其生态系统。我国是农业大国，同时也是水稻种植大国，探究高浓度CO₂对于水稻叶片光合等生理特性的影响，对于我国乃至全世界粮食安全具有重要作用。为了研究抽穗期水稻的光合生理特性，利用便携式光合气体分析系统（LI-6400），比较测定了高浓度CO2下与对照浓度CO2下生长的水稻叶片的净光合速率（A_net），水分利用效率（WUE），叶绿素的相对含量，叶片C,N含量以及C/N，Rubisco羧化酶活性，胞间CO₂（C_i）浓度等，实验结果表明，在不同的CO₂浓度（400 vs 590μmol·mol- 1)下测定时，高CO₂浓度下（590μmol·mol- 1)）的水稻在抽穗期的水分利用效率和胞间CO₂明显升高，净光合速率没有明显增高，V_cmax值显著下降，C，N含量没有明显变化，叶绿素相对含量显著下降。

关键词：CO₂浓度升高，水稻，光合作用，CN比，叶绿素含量，水分利用效率，抽穗期。

Effects of elevated CO₂ on Photosynthetic Characteristics of Rice Leaves at Heading Stage

ＬＩ　ｓｈｉｊｉｅ

ＮＵＩＳＴ，ｎａｎｊｉｎｇ　２１００４４，Ｃｈｉｎａ

Ａbstract：As the atmospheric CO₂ content is increasing, and thus in all respects directly or indirectly affect the Earth's biological and its ecosystem. China is a large agricultural country, but also a large rice cultivation, to explore the high concentration of CO₂ for rice leaf photosynthesis and other physiological characteristics of the impact of China and the world food security has an important role. In order to study the photosynthetic physiological characteristics of rice at heading stage, the net photosynthetic rate (Anet) and water use efficiency (P lt;0.05) were compared with the photosynthetic gas analysis system (LI-6400) The results showed that at different CO₂ concentrations (400 vs 590 μmol • mol-1), the contents of C, N, Rubisco carboxylase activity and intercellular CO₂ (C_i) (P lt;0.05), the photosynthetic rate of rice leaves increased significantly, the intercellular CO₂ concentration increased, the activity of Rubisco carboxylase increased, the stomatal conductance decreased, and the transpiration rate decreased (P lt;0.05), and the photosynthetic rate of rice leaves increased at high CO2 concentration (590μmol • mol^{- 1}), Water use efficiency increased.

Key words: CO₂ concentration increased, CN ratio，rice, photosynthesis, chlorophyll content, water use efficiency, heading stage.

一．引言

1.1全球CO2浓度升高

自全球工业化迅速发展以来，大气中的CO2浓度从原来的280μmol • mol^-1增长到400μmol • mol^-1，日前仍以1.5μmol • mol^-1的速度逐年增加^[3]，预计在2050年将达到550 mol • mol^-1，到21世纪末将超过700 mol • mol^-1。根据IPCC第五次评估报告的《综合报告》：“我们的评估发现，大气和海洋已经变暖，冰雪量已经减少，全球平均海平面已经上升，二氧化碳浓度也已升至至少过去80万年以来前所未有的水平。”大气中的CO2升高以及由此导致的温室效应都会直接或间接影响植物的生理特性。

1.2 水稻的重要性

我国是农业大国，同时也是水稻种植大国，水稻总产量占我国粮食总产量的40%以上，全国水稻种植面积约占粮食作物面积的30％因此水稻的高产与优产关系到国家农业的发展与全球的粮食安全 ^[1]。一般来说，水稻的生长可以分为营养和生殖生长两个时期。自种子萌发到幼穗分化开始这一时期生长根、茎、叶，称为营养生长期；幼穗分化到抽穗，这一时期幼穗茎叶同时生长，是营养生长和生殖生长并进时期；抽穗以后开花授粉和子粒灌浆、结实，称为生殖生长期。不同生育时期之间有着互相联系、相互制约的关系。协调好营养生长和生殖生长之间的关系是水稻高产栽培的重要原则之一。本研究主要测定的是高浓度CO2下水稻抽穗期的光合生理特性参数，我们选用杨稻6号作为高应答类型水稻，武运粳23号作为低应答类型水稻，在2015和2016年8月至9月的抽穗期，系统测定光合等生理特性。

1.3 水稻的光合生理特性

水稻在光合作用中重要的生理特性参数^[2]包括气孔导度（G_s），净光合速率（A_net），水份利用效率（WUE=A_net/T_r）与（WUEI=A_net/G_s），电子传递速率（ETR），蒸腾速率（TR）等。通过查阅相关文献^[5，6,7]，可以发现，在高浓度CO2作用下，水分利用效率（WUE）升高，电子传递速率（ETR）降低，胞间CO₂（C_i）越高，叶片的气孔导度越低，Rubisco光合作用羧化酶活性会降低。与此同时，高浓度CO₂作用下，抽穗期时水稻叶片的叶绿素相对含量没有明显的变化^[3]。同时影响水稻叶片光合特性的因素还包括温度，空气湿度，水稻品种等因子，这些因子的变化都可能对自然条件下生长的植物产生不同程度上的影响，因此我们使用开放式空气CO₂浓度增高（Free air CO₂ enrichment.FACE）的方法对除CO₂浓度的其他影响因子进行控制。近几年来，FACE系统广泛应用于森林，草地和农田等领域，例如佛吉尼亚的杜克森林系统（Duke），日本的水稻田FACE系统等。

在高浓度CO₂的作用下，水稻的光合速率起初会大幅升高，但之后增长速率会略微下降，发生适应性的光合下调现象。本研究将利用水稻FACE平台，在水稻生殖生长期测定光合等生理特性。本研究的目标是，分析高浓度CO₂对水稻生殖生长期的光合特性的影响；阐明不同水稻品种的影响差异。

二．材料与方法。

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