水稻分蘖期干物质积累对大气CO_(2)浓度升高和氮素营养的综合响应差异及其生理机制

【目的】探究不同类型水稻品种物质生产响应大气CO_(2)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CO_(2)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CO_(2)浓度(A-CO_(2),400μmol·mol^(-1))和CO_(2)浓度升高(E-CO_(2),600μmol·mol^(-1))两个CO_(2)处理,高氮(HN,1.25 mmol·L^(-1) NH_(4)NO_(3))和低氮(LN,0.25 mmol·L^(-1) NH_(4)NO_(3))两个氮水平。分析CO_(2)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-CO_(2)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-CO_(2)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-CO_(2)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-CO_(2)条件下都表现为提高,NJ仅NR活性提高;(4)在LN水平下,E-CO_(2)使得LY和NJ净光合速率(P_(n))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(V_(c,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-CO_(2)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-CO_(2)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-CO_(2)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-CO_(2)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-CO_(2)响应幅度较高的重要原因。