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高CO_2浓度和剪叶疏花对水稻产量和品质性状的影响

王娟  
【摘要】:大气CO2浓度持续增高是全球气候变化因子中最为突出和确定的现象。作为光合作用的底物,高CO2浓度增加了水稻碳源的供应进而导致产量增加和品质改变,但这种影响是否与植株源库水平及互作有关?其可能原因是什么?这方面的研究非常缺乏。本研究利用稻田 FACE(Free Air CO2 Enrichment)平台,模拟 2050 年大气 CO2浓度(580 μmol.mol-1),设置两个剪叶疏花实验,研究开放条件下高CO2浓度、人为源库处理对水稻产量性状以及稻米加工、外观、营养和蒸煮/食味品质的影响及其种间差异。试验一以超级杂交稻Y两优900和南粳9108为试验材料,齐穗期源库改变设对照(CK)、剪除剑叶(LC1)、剪除所有功能叶(LC3)、间隔剪去1/3的枝梗(1/3SR)以及间隔剪去1/2的枝梗(1/2SR)。主要结果如下:1.与AMB相比,FACE处理使两品种籽粒产量平均增加8%*,其中CK、LC1、LC3、1/3SR和1/2SR处理水稻产量分别增加5%、15%**、21%**、1%、-0.3%。与CK相比,LC1、LC3、1/3SR和1/2SR处理使两水稻籽粒产量平均分别下降9%**、44%**、22%**、43%**。从产量因子看,FACE对穗数(3%)、每穗颖花数和饱粒重影响较小,但使饱粒率平均增加3%,CK、LC1、LC3、1/3SR 和 1/2SR 处理下分别增加 1%、11%+、11%、-1%、-1%。与CK相比,LC1、LC3处理使饱粒率分别下降10%**和46%**;1/3SR、1/2SR处理使每穗颖花数分别下降32%**和49%*,但使饱粒率(约10%**)和饱粒重(2%)明显增加。2.FACE使出糙率、出精率和整精米率略降,但均未达显著水平。与CK相比,源库处理使出精率均下降,疏花处理使出糙率下降,降幅较小(2%)但多达显著或极显著水平。3.FACE使不同源库处理水稻精米籽粒长度、宽度、长宽比和垩白粒率均无显著影响,但使垩白度平均增加15%,增幅为3~44%。与CK相比,LC3处理使粒长和垩白度平均分别增加2%**和24%**;疏花处理使粒宽增加而长宽比减小(2%),多达显著水平。4.FACE使不同源库处理水稻精米蛋白质浓度下降6~18%**,平均降幅为11%**。FACE使精米元素浓度均呈下降趋势,其中S、Mg、Ca、Zn、Fe、Mn、Cu浓度降幅均达0.1以上显著水平(14~37%);相反,FACE使精米植酸浓度平均增加5%。与CK相比,源库处理(LC1除外)使蛋白质浓度极显著增加;剪叶处理使S、Mg、Ca、Zn、Fe、Mn浓度均呈增加趋势,而植酸浓度表现相反;疏花处理使P、S、Mg、Ca、Zn、Fe、Cu浓度增加。5.FACE使米粉崩解值平均增加7%*,但使消减值平均降低2%。与CK相比,剪源疏库使米粉消减值增加(14%**),使崩解值下降(17%**)。就蒸煮食味品质而言,FACE使米饭外观、黏度、平衡度和食味值均增加(9~12%**),而使米饭硬度下降(6%**)。与CK相比,源库处理(LC1除外)使米饭外观、黏度、平衡度、食味值一致下降,而使米饭硬度增加,多达0.05以上显著水平。6.FACE使DSC曲线峰值温度和终止温度增加(约1%),使米粉热焓值和DSC曲线峰宽度下降(4~6%),但对起始温度、峰高度无显著影响。源库处理对上述指标多无显著影响。就淀粉粒径而言,FACE使淀粉粒体积、表面积加权平均值和大粒径淀粉粒所占比例增加(2~4%),使小、中粒径淀粉粒所占比例下降(3~4%);与CK相比,LC3、1/3SR和1/2SR处理使前3个参数下降(2~5%),使后两个参数增加(3~8%),均达极显著水平。7.除产量、食味品质以及DSC曲线相关指标外,CO2处理与品种对其他指标多存在不同程度的互作效应;CO2处理与源库处理间的互作对产量、饱粒率、蛋白质、P、K、崩解值、淀粉体积加权平均值、中粒径或大粒径淀粉粒占比的影响均达0.1以上显著水平。实验二以常规粳稻武运粳24为材料,源库处理设CK、拔节期剪50%叶(LCH)、剪100%叶(LCA)、齐穗期剪去1次枝梗(SR1)和剪去2次枝梗(SR2)。主要结果如下:1.与AMB相比,FACE处理使WYJ24籽粒产量平均增加2%,在CK、LCH、LCA、SR1和SR2处理条件下分别增加5%、3%、19%+、-14%和-7%。与CK相比,LCH、LCA、SR1和SR2处理使其分别下降13%**、23%**、42%**、37%**。FACE使饱粒率增加(2%),使每穗颖花数减少(3%),但对单位面积穗数、饱粒重没有影响。与CK相比,LCH、LCA处理使每穗颖花数分别下降6%*、16%**,使饱粒重下降1~3%*;SR2处理使饱粒率、饱粒重分别增加7%**、11%**;两剪穗处理使每穗颖花数大幅下降(45~48%**)。2.FACE使出糙率、出精率、整精米率略减(约1%)。与CK相比,拔节期剪叶处理使出精率、整精米率下降(1~3%);疏花处理使出糙率下降(1%),但出精率(约4%)、整精米率增加(约5%),多达极显著水平。3.FACE使精米垩白粒率、垩白度平均分别增加30%、36%,使长宽比下降1%**,但对粒长、粒宽没有影响。与CK相比,LCH处理使粒宽下降1%*;疏花处理使粒长、粒宽增加(3%),但使长宽比(0.5~1.2%)、垩白粒率、垩白度下降(45~85%),多达极显著水平。4.FACE使不同源库处理水稻精米蛋白质含量下降8~13%,平均降幅为10%*,使各元素浓度均降低,降低均未达显著水平(S除外),但使植酸浓度增加21%**。与CK相比,疏花处理使蛋白质、S、Zn、B浓度增加(13~48%**)。5.FACE对RVA谱和DSC曲线相关指标均无显著影响,但疏花处理使起始温度(4%*)、峰高度(约7%*)下降。FACE使淀粉粒体积(2%+)、表面积加权平均值(2%*)和大粒径淀粉粒所占比例(4%+)增加,使小(2%*)、中粒径淀粉粒所占比例(4%+)下降。与CK相比,LCH、SR1和SR2处理使前3个参数下降(2~10%),而后2个参数增加(1~13%),多达0.1以上显著水平。6.CO2与源库处理互作对武运粳24所有籽粒平均粒重、每穗颖花数、饱粒率、单穗籽粒产量、精米宽度、峰值温度的影响均达0.1以上显著水平。


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