摘要
由于目前地球各地的废气排放，大气中CO2浓度已经达到400ppm以上，如若按照现在世界人口不断增长、森林草地面积不断减小、各种废气胡乱排放及能源的生产与利用不合理，预计在不久的2050年后，大气中CO2浓度将会突破500ppm，而在21世纪末将达到或超过700ppm。植物进行光合作用离不开重要底物CO2，然而对于许多C3作物来说，目前大气中的CO2浓度远远没有达到其光合饱和点，因此CO2浓度升高，加快了光合作用速率，最终促进了作物产量的增加。由于都市化、土地沙漠化和盐碱化等原因，近年来耕地面积和草地森林面积都在逐渐减少，那么研究如何利用未来高浓度CO2提高水稻光合作用进而提高产量，对维护我国乃至世界长期粮食安全具有重要的意义。但多年研究表明，短期升高CO2浓度处理下可以较大幅度增加C3作物产量，但长期在升高CO2浓度处理下生长的C3作物的光合作用会受到限制，出现光合适应，产量增加幅度减少。在本研究中主要选取了高应答品种水稻（杨稻6号）和低应答品种水稻（武运粳30），扬稻6号多数生理指标对CO2浓度升高有较大积极响应，武运粳30多数生理指标对CO2的浓度升高没有积极响应。在不同CO2浓度处理下（大气环境中CO2浓度与在大气环境中CO2浓度基础上升高200ppm）和在不同生长时期中（拔节期，分蘖期，抽穗期，灌浆期和收获期）通过试验研究两水稻品种的生长和光合上的差异，再联系根系指标，试发现在CO2浓度升高情况下根系性状对水稻光合适应和碳氮代谢的影响。 本研究分为三个部分：第一部分探讨了CO2浓度升高对两品种水稻的生长和光合生理特性的影响；第二部分探讨了CO2浓度升高对两品种水稻根系的生长的影响；第三部分探讨了CO2浓度升高下，水稻根系性状和光合生理的联系。主要结论如下： （1）高CO2浓度对两水稻品种的叶绿素含量并没有显著影响；高CO2浓度处理对低应答水稻比叶面积具有促进作用；在高应答水稻品种大部分生长周期里，高CO2浓度都对其比叶面积产生抑制作用；高CO2浓度处理对高应答水稻品种产量产生促进作用，但低应答水稻品种的千粒重对高CO2浓度处理并不敏感。 （2）低应答水稻品种的净光合速率从抽穗期开始，逐步开始下降，但高应答水稻品种的净光合速率在生长末期发生显著下降；高CO2处理对两水稻品种的胞间二氧化碳均有显著促进作用；高CO2浓度使高应答水稻品种气孔导度下降的同时，其蒸腾速率、最大光化学效率、光合电子传输速率和非光化学淬灭系数等气体交换指标相较于控制CO2浓度处理下的均有不同程度的下降。 （3）低应答水稻品种只有在抽穗期其Vcmax对高CO2浓度处理的响应是积极的，两水稻品种大部分生长期里其Vcmax对高CO2浓度处理的响应都是消极的；从两水稻品种的Jmax模型参数对高CO2浓度处理的响应来看，在大部分生命期里都是消极的；两水稻品种气孔导度斜率值对不同CO2浓度处理的响应并不显著，并未发现高CO2浓度处理对其气孔导度斜率值（g1和m）具有规律性的影响，高CO2浓度处理对高应答水稻品种暗呼吸速率存在抑制作用。 （4）通过五次不同时期的日进程测量，高CO2浓度对两水稻品种的光合作用是有显著促进作用的，低应答水稻品种发生光合适应比高应答水稻品种更早。 （5）本研究发现，高应答水稻品种的叶片和根系在高CO2浓度处理下的大部分时间中氮含量有下降趋势。 （6）高CO2浓度处理对两水稻品种的根长、根尖数、根系表面积、根系体积、根系投影面积和根系干重在大部分生命期中都有不同程度上的促进作用；从灌浆期开始，两水稻品种的根长、根尖数和根系投影表面积较之前抽穗期发生了显著下降，从抽穗期开始，根系指标（根长、根尖数和根系投影表面积）突然下降；随着水稻从幼期生长至生长末期，两水稻品种的根系表面积、根系体积和根系干重都在稳定增长。 （7）低应答水稻品种的Vcmax相对变化值与根系体积有较明显的相关性，说明了低应答水稻的光合作用受到了其根系体积的影响；两品种水稻的Vcmax相对变化值与其根系干重相对值都具有较显著的相关性，说明根系干重对两品种水稻光合作用影响较大。 总而言之，高CO2浓度会使水稻出现光合适应现象，根系体积与干重不断增大是为了弥补碳氮代谢失调带来的叶库和穗库的损失，根库为规避光合适应提高产量做出重要贡献。
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