中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (6): 1045-1060.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.06.003
贺江1,2(
), 丁颖2, 娄向弟2, 姬东玲1, 张向向2, 王永慧2, 张伟杨1, 王志琴1, 王伟露1,3(
), 杨建昌1
HE Jiang1,2(
), DING Ying2, LOU XiangDi2, JI DongLing1, ZHANG XiangXiang2, WANG YongHui2, ZHANG WeiYang1, WANG ZhiQin1, WANG WeiLu1,3(
), YANG JianChang1
摘要:
【目的】探究不同类型水稻品种物质生产响应大气CO2浓度升高和氮素营养的综合响应差异及其生理机制。【方法】以产量和物质生产对CO2浓度升高响应有明显差异的水稻品种两优培九(LY)和南粳9108(NJ)为材料,在人工气候室进行水培试验。分别设置对照CO2浓度(A-CO2,400 μmol·mol-1)和CO2浓度升高(E-CO2,600 μmol·mol-1)两个CO2处理,高氮(HN,1.25 mmol·L-1 NH4NO3)和低氮(LN,0.25 mmol·L-1 NH4NO3)两个氮水平。分析CO2浓度升高对不同水稻品种根系形态与生理活性、叶片和根系中细胞分裂素(CTKs)含量、氮素同化酶活性、叶片生理特性、光合参数以及干物质积累的影响差异。【结果】(1)E-CO2显著增加了LY总冠根数、总根长(LN水平除外)、总根表面积和平均直径,提高其根系呼吸速率和维持较高的根系氧化力,而对NJ无显著影响或表现相反;(2)无论氮水平如何,E-CO2显著提高了LY叶片和根系CTKs含量,但显著降低了HN水平下NJ根系中玉米素核苷(ZR)含量;(3)在LN水平下,E-CO2显著提高了LY叶片GOGAT、GDH活性,显著降低了NJ叶片NR活性。在HN水平下,LY氮同化酶活性在E-CO2条件下都表现为提高,NJ仅NR活性提高;(4)在LN水平下,E-CO2使得LY和NJ净光合速率(Pn)分别提高了28.0%和29.4%。在HN水平下,两品种分别提高了41.0%和28.1%。LY光合响应大幅度提高归因于叶片最大羧化效率(Vc,max)、最大光合电子传递效率(J max)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)含量、叶绿素含量、叶片氮含量等显著提高;(5)E-CO2显著增加了不同氮水平下LY单株叶面积,对NJ无显著影响;(6)E-CO2显著增加了LY各器官及总生物量,且HN水平增幅明显大于LN水平。E-CO2并未显著影响不同氮水平下NJ的总生物量,显著降低了HN水平下NJ地下部生物量(-16.7%)。【结论】无论在HN还是LN水平下,LY物质生产和生理特征对E-CO2的响应幅度与NJ相比更高。生育前期LY较优的根系形态性状和根系活力、较高的CTKs含量、较强的氮素同化能力、较大的绿叶面积以及光合响应能力是其干物质生产对E-CO2响应幅度较高的重要原因。