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Key words: Rice; Photosynthesis; Temperature rise; Elevated CO2 concentration
目 录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 2
1材料与方法 2
1.1试验地点和材料 2
1.2 T-FACE系统 3
1.3 试验设计 3
1.4 试验测定项目和方法 3
1.5 数据处理 3
2 结果分析 3
2.1大气CO2浓度升高和增温交互作用对水稻叶片气孔导度的影响 3
2.2大气CO2浓度升高和增温交互作用对水稻叶片净光合速率的影响 4
2.3大气CO2浓度升高和增温交互作用对水稻叶片蒸腾速率的影响 4
2.4大气CO2浓度升高和增温交互作用对水稻叶片水分利用效率的影响 5
3 讨论 5
4 结论 6
致谢 6
参考文献 7
大气CO2浓度升高和增温交互作用对水稻光合作用的影响
引言：大气CO2浓度持续升高是全球气候变化最为突出和确定的现象之一。近百年来，地球气候正经历一次以全球变暖和CO2浓度升高为主要特征的显著变化，全球气候变暖已受到人们的广泛关注。预计21世纪末，全球平均地表气温将会上升1.5-4.0℃，浮动范围在1.1-6.4℃[1]。光合作用是作物生长发育和产量形成的生理基础，也是作物生产力高低的决定性因素，产量的形成过程实质上是光合产物的积累和分配的过程。空气中的CO2浓度和气温升高将会直接或间接地影响植物包括光合作用在内的一系列代谢过程，进而改变植物的最终生产力[5-6]。水稻作为人类最重要的粮食作物，大气CO2浓度和温度[8]都是影响水稻生长发育的关键因子，两者同时升高将对水稻生产产生重大影响。因此，研究CO2浓度、温度特别是两者交互作用对水稻光合作用的影响具有重要意义。
早在50年前，科学家就利用熏蒸试验系统研究了CO2浓度对水稻的影响[9]。但直到20世纪90年代这些系统经过改进才被陆续用于CO2浓度与温度的互作研究，这些改进的试验系统主要包括全封闭的环境模拟室、CO2-温度梯度气室(CTGC)、开顶式气室(OTC)、开放式空气中CO2浓度和气温增高(T-FACE)系统。然而由于气室系统建立在封闭式或半封闭式环境之上，所模拟的环境与自然环境有诸多差异，因此普遍认为，通过气室系统所获得的试验数据与实际情况相比存在较大的误差。为了解决这一问题，20世纪80年代末，美国科学家 Hendrey及其同事率先发展了自由空气中CO2浓度增高的控制技术，即FACE(Free-Air CO2 Enrichment)系统。与气室系统相比，FACE研究采用试验地标准的作物管理技术，在空气完全自由流动的农田环境下运行，是目前最接近于自然生态环境的模拟系统[12]。FACE技术首先被用于棉花的研究，1998年起先后被日本和中国科学家用于水稻研究[13]。2013年，中国科学家通过技术攻关，将原有的稻田CO2-FACE系统升级改建为T-FACE试验平台，在空间尺度较大的开放空气中模拟CO2浓度和温度伴随升高的情景，为研究两者交互作用下水稻主要生长过程的响应和适应提供了技术支持[14]。
CO2作为水稻光合作用作为光合作用最重要的原料之一，其浓度变化将会对对水稻光合进程产生显著影响，廖轶[23]等研究发现，高CO2浓度(580μmol/mol)下水稻叶片的净光合速率、碳同化的表观量子效率和水分利用率明显高于普通环境(380μmol/mol)下生长的水稻叶片。但是，随着大气CO2浓度升高处理时间的延长，高CO2浓度对净光合速率的促进作用逐渐减小。温度对水稻光合的影响主要在于高温加速了光合膜的破坏[28]，前人研究认为，高温胁迫导致叶片叶绿素合成受阻、降解加剧而含量降低；SOD活性降低，脯氨酸、2-(乙酰氧基)苯甲酸、谷胱甘肽、可溶性蛋白质及可溶性糖含量明显降低，但质膜透性和MDA含量明显增加，水稻叶片衰老加速，光合能力下降[29]。关于CO2浓度和温度升高对水稻光合作用的影响是否存在交互作用存在不同观点。高温使作物光呼吸及随后的碳损失增加，而CO2浓度升高通过减少光呼吸使碳损失总量减少，因此理论上单叶光合作用的最适温度随CO2浓度升高而增加[15]，但其确切的分子机理还没有明确的研究结果。