高CO2濃度環(huán)境下生長水稻的種子活力變化及其影響因子.pdf

1、不斷上升的大氣CO2濃度使水稻籽粒產(chǎn)量增加，但對種子活力和萌發(fā)特性的影響尚不清楚。為了明確高CO2濃度環(huán)境下生長水稻的種子活力變化及其影響因子，本研究利用稻田開放式FACE(Free-Air CO2 Enrichment)平臺(tái)，以CO2濃度處理為主區(qū)（環(huán)境CO2濃度和高CO2濃度），分別設(shè)置品種（甬優(yōu)2640、Y兩優(yōu)900和南粳9108，2015;試驗(yàn)Ⅰ）、施氮量(15和25 g·m-2，2014;試驗(yàn)Ⅱ)、培育方式（大田和盆栽，201

2、5;試驗(yàn)Ⅲ）和空氣溫度（環(huán)境溫度和高溫，2014～15;試驗(yàn)Ⅳ）等四個(gè)獨(dú)立試驗(yàn)，成熟期收獲種子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)，測定浸種24h吸脹速度、浸出液電導(dǎo)率、露白率、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，同時(shí)測定種子谷殼大小、糙米植酸濃度、糙米元素和氨基酸濃度，其中元素包括氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S)、鐵(Fe)、錳(Mn)、銅(Cu)、鋅(Zn)和硼(B)，氨基酸包括蘇氨酸(Thr)、纈氨酸(Val)、甲

3、硫氨酸(Mat)、賴氨酸(Lys)、異亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、苯丙氨酸(Phe)、天冬氨酸(Asp)、絲氨酸(Ser)、谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)、組氨酸(His)、精氨酸(Arg)、丙氨酸(Ala)、脯氨酸(Pro)、半胱氨酸(Cys)和酪氨酸(Tyr)。上述試驗(yàn)中的高CO2濃度處理較環(huán)境CO2濃度增加200μmol·mol-1，高溫處理較環(huán)境溫度增加約1℃。本研究主要結(jié)果分述如下:
　　1、水稻品種試驗(yàn)表明

4、，大氣CO2濃度升高對種子露白率、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響存在品種差異:甬優(yōu)2640上述指標(biāo)均呈下降趨勢，最大降幅為5.5％*，而Y兩優(yōu)900和南粳9108均呈增加趨勢，最大增幅分別達(dá)12.6％和20.4％*。高CO2濃度對供試品種谷殼長度和寬度的影響很少，但使谷殼厚度平均下降8.0％*，以甬優(yōu)2640降幅最小。高CO2濃度使供試品種糙米N(-13.7％**)、Ca(-19.0％)、S(-8.5％**)、Fe(-26.4

5、％+)、Mn(-6.2％)、Cu(-15.4％)、Zn(-11.2％+)和B(-27.9％+)濃度均呈下降趨勢，多以甬優(yōu)2640的降幅最大。高CO2濃度使糙米植酸濃度平均增加8.9％*，三品種增幅接近。高CO2濃度環(huán)境下測定的17種糙米氨基酸濃度多呈下降趨勢，其中Thr(-7.9*)、Val(-4.7％+)、Ile(-11.4％*)、Leu(-10.8％**)、Phe(-12.5％*)、Asp(-8.6％**)、Ser(-7.9％+)、

6、Glu(-9.1％**)、Gly(-7.5％*)、Ala(-7.7％*)和Tyr(-14.8％**)的降幅均達(dá)0.1以上顯著水平;不同品種比較，多以甬優(yōu)2640的響應(yīng)最大，南粳9108最小，Y兩優(yōu)900介于兩者之間。
　　2、施氮量試驗(yàn)以秈型超級稻Ⅱ優(yōu)084為供試材料，結(jié)果表明，高CO2濃度使該品種種子浸出液電導(dǎo)率、露白率、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別平均增加16.3％+、2.1％、4.1％*、5.3％、5.5％+和5.

7、3％，低氮處理水稻的增幅略低于高氮處理。高CO2濃度對低氮處理水稻的谷殼厚度沒有影響，但使高氮處理水稻減少13.2％。高CO2濃度使糙米N(-14.3％**)、P(-4.7％)、K(-0.7％)、Mg(-9.7％*)、S(-11.3％**)、Mn(-6.2％+)、Cu(-12.9％)和B(-13.6％)濃度均一致下降，多數(shù)情況下低氮處理水稻的降幅大于高氮處理。高CO2濃度對糙米植酸濃度無顯著影響，但使所有測定的17個(gè)氨基酸一致下降，降幅

8、為12.4～32.9％，均達(dá)顯著或極顯著水平;兩施氮水平比較，低氮處理水稻的降幅均小于高氮處理。
　　3、水稻培育方式試驗(yàn)以粳型超級稻甬優(yōu)2640為供試材料，結(jié)果表明，高CO2濃度使大田生長水稻（根系不受限）和盆栽水稻（根系受限）的種子24 h浸出液電導(dǎo)率平均分別增加36.5％*和14.4％，但對其它發(fā)芽指標(biāo)均無顯著影響。高CO2濃度使大田水稻的種子谷殼厚度減少11.8％，但使盆栽水稻增加13.2％。高CO2濃度環(huán)境下生長的糙米N

9、(-8.5％)、P(-5.9％+)、K(-3.0％)、Mg(-5.9％)、S(-12.5％**)、Fe(-4.4％)、Mn(-1.9％)、Cu(-4.9％)和B(-7.1％)濃度均呈下降趨勢，且多數(shù)情況下盆栽水稻的降幅小于大田水稻。高CO2濃度使大田水稻糙米植酸濃度平均下降15.0％+，而盆栽水稻糙米增加了8.0％+。高CO2濃度使所有測定氨基酸濃度呈下降趨勢，其中Thr(-11.3％+)、Val(-9.9％+)、Mat(-18.2％+

10、)、Ile(-12.2％+)、Leu(-10.7％+)、Phe(-12.3％+)、Asp(-10.4％+)、Glu(-11.6％*)、Arg（-9.8％+）和Ala(-9.4％+)的降幅均達(dá)到0.1顯著水平;兩種培育方式比較，盆栽水稻的降幅多數(shù)情況下小于大田水稻。
　　4、溫度試驗(yàn)以常規(guī)粳稻武運(yùn)粳23和超級粳稻南粳9108為供試材料，結(jié)果表明，高CO2濃度使常溫條件下武運(yùn)粳23種子浸種24h浸出液電導(dǎo)率平均增加16.5％*，但使種

11、子露白率、發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)平均分別下降7.8％*、10.0％*、17.4％*和8.9％;高CO2濃度升高使南粳9108上述指標(biāo)均呈增加趨勢。與環(huán)境生長溫度相比，高溫環(huán)境下CO2濃度升高對兩品種以上參數(shù)的影響多有減弱趨勢。高CO2濃度使武運(yùn)粳23兩種生長溫度下的谷殼厚度均增加，而使南粳9108常溫條件下呈下降趨勢，高溫條件下則相反。高CO2濃度使糙米測定元素的濃度多呈下降趨勢或不變，不同品種不同溫度下趨勢一致。高CO2濃度使兩品種