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作为光合作用的底物,大气CO2浓度升高影响水稻生长、产量和品质,但这种影响是否因品种而异报道较少。FACE(Free-air CO2 Enrichment)技术在空气自由流动的大田条件下对作物表现进行研究,试验空间大、人为扰动少,为准确评估CO2与品种间的互作效应提供了机会。本文利用这一系统平台,以淮稻5号、南粳46、南粳5055、桂农占、中早39、丰优香占、隆两优1988、甬优1540共8个丰产优质水稻品种为供试材料,CO2处理设置背景CO2浓度(Ambient)和高CO2浓度(增200 μmol·mol-1,FACE)两个水平,研究开放大田条件下大气CO2浓度升高对水稻株高、分蘖、叶片形态、物质生产与分配、产量及其构成因子、元素吸收与分配以及稻米品质的影响,明确上述性状对高CO2浓度响应的品种间差异。主要研究结果为:1.与Ambient相比,FACE处理水稻的抽穗期不变或略有提前。FACE处理使所有品种最高分蘖数平均增加33.4%(P<0.01),但分蘖成穗率略有下降。FACE处理对抽穗和成熟期株高没有影响。2.FACE处理使水稻总叶数(+19.5%)和叶面积指数(=16.9%)显著增加,但对单张叶片的长度、宽度和面积以及比叶重没有影响。3.FACE处理使全株干重平均显著增加30.1%,其中抽穗和成熟期分别显著增加32.3%和28.7%。从不同器官看,FACE处理使水稻抽穗期和成熟期叶片、茎鞘和稻穗干重均显著增加,其中茎鞘和稻穗干重的增幅明显大于叶片干重。FACE处理使结实期叶片占地上部干重的比例显著减少(-8.9%),茎鞘占地上部干重的比例显著增加(+4.4%),而稻穗占比无显著变化;从不同生育期看,FACE水稻叶片占比的降幅抽穗期大于成熟期,而茎鞘占比的增幅成熟期大于抽穗期。CO2处理与品种互作对茎鞘干重、全株干重、稻穗占比的影响均达0.1以上显著水平,CO2处理与时期间互作对稻穗干重、全株干重、叶片占比、稻穗占比的影响均达显著水平,CO2处理、品种与时期间互作对茎鞘干重的影响达显著水平。4.FACE处理使所有品种籽粒产量平均增加23.3%(P<0.01)。从产量构成因子看,FACE处理使单位面积穗数、单位面积颖花数和空粒率平均分别增加21.8%(P<0.01)、25.8%(P＜0.01)、16.4%(P<0.1),但对每穗颖花数、饱粒率和饱粒重无显著影响。CO2处理与品种对水稻产量、每穗颖花数、饱粒率、空粒率和饱粒重均有不同程度的互作效应。5.除Cu、Zn外,FACE处理使水稻植株其它9个矿质元素浓度均呈下降趋势,其中N、K、Mg、Fe、B抽穗期和成熟期平均分别减少8.9%(P<0.01)、5.6%(P<0.05)、6.6%(P<0.01)、5.0%(P<0.1)、6.5%(P＜0.01),抽穗期植株元素浓度的降幅多数大于成熟期,茎鞘部位的响应多大于叶片部位。从元素积累量看,FACE处理使水稻地上部植株矿质元素积累量均极显著增加(+17.3%～52.3%),茎鞘和稻穗部位的增幅明显大于叶片。从元素分配看,叶片元素积累量占全株元素积累量的比例除Mn外均下降(最大降幅为15.1%),茎鞘占比则多呈增加趋势(最大增幅9.8%),而稻穗占比的响应因元素而异。CO2处理与品种或/和生育期之间的互作对植株部分元素的浓度、积累量及其分配有显著影响。6.FACE处理使水稻糙米率、精米率、整精米率略降,但使糙米(+23.7%)、精米(+23.5%)、整精米产量(+20.9%)均极显著增加。FACE处理对糙米长度、宽度、长宽比影响较小,但使垩白粒率(=18.6%)和垩白度(+31.8%)大幅增加。FACE处理使稻米直链淀粉浓度和胶稠度平均分别下降6.5%和3.1%。从淀粉RVA谱看,FACE处理使所有品种峰值粘度、崩解值平均增加1.3%、6.9%,使热浆粘度、最终粘度、消减值分别下降2.2%、5.1%、65.6%,其中最终粘度与消减值达显著水平。FACE处理使整精米植酸浓度显著增加(+5.3%),而蛋白质浓度显著减少(-9.9%)。FACE处理对精米元素浓度的影响因元素而异,但使稻米所有测定的10种元素积累量均呈增加趋势,最大增幅为50.7%。CO2处理与品种对整精米长度、垩白率、垩白度、峰值粘度、热浆粘度和最终粘度均存在显著的互作效应。综上,高CO2浓度环境下水稻抽穗期不变或略有提前,叶片数量增加但大小不变。尽管高CO2浓度使植株各器官元素浓度多呈下降趋势,但物质积累明显增加,最终产量显著提高,后者主要与分蘖增强导致的穗数增加有关。高CO2浓度环境稻米加工、外观和营养品质呈变劣趋势,但适口性改善。水稻对CO2的响应不同程度地受到品种和生育期的影响,杂交稻产量和外观品质对CO2的响应明显大于常规水稻。