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摘 要

在大田栽培条件下，研究开放式空气CO₂浓度比自然条件增加200µmol/mol（达570µmol/mol）的FACE处理，对Y两优、日本粳、武运粳、扬稻6这四种水稻地上部位碳水化合物含量与分配的影响。实验主要运用蒽酮硫酸法、范式洗涤法测定水稻植株茎秆、叶及穗的可溶性总糖含量及结构性碳水化合物含量，比较FACE条件和自然大气条件下水稻中这些成分的差异。

实验发现，高浓度CO₂使水稻的可溶性总糖有较为显著的增幅，尤其是在抽穗期，四种水稻可溶性总糖增幅在20.87~40.16%之间，Y两优增幅最多，武运粳增幅最少，日本粳和扬稻6增幅相差不大；在成熟期，可溶性总糖增幅次之，12.09~21.37%。在幼苗期，可溶性总糖增幅最小，增幅为9.15~14.19%。

水稻的结构性碳水化合物含量对FACE的响应要小于可溶性总糖含量对高浓度CO₂的响应。其含量变化的总体趋势是，在幼苗期的增幅最大，为13.90%~16.86%，杆部位增幅高于叶部位；抽穗期次之，为6.62%~8.63%；成熟期的增幅最小，为3.20%~6.15%，武运粳增幅最大，其余三种水稻增幅相差不大。同时，水稻杆部位和叶部位的结构性碳水化合物增幅大于穗部位。

关键词：FACE 水稻 可溶性总糖 结构性碳水化合物 增幅

Effect of free -air CO₂ enrichment on Carbohydrate accumulation and distribution in rice

Abstract

Purpose of the experiment is to investigate on the effect of free -air CO₂ enrichment (FACE) on carbohydrate accumulation and distribution in different parts of rice plant treated with 200 µmol/mol CO₂ elevation under field condition. Using anthrone colorimetry and Vans Soest method to determine non-structural carbohydrates content and structural carbohydrate content in stem, leaf and spike of four kinds of rice plant, YY, JPJ, WYJ, YD6.

Data showed that non-structural carbohydrates in all rice has relatively significant growth, especially in the heading stage, average having 30% amplification. The increase of NSC is largest in YY, smallest in WYJ. In the mature period, non-structural carbohydrates increase 16% in average. In seedling stage, the increase of non-structural carbohydrates is the minimum, the growth is 9.15~14.19%.

The response of structural carbohydrates content of rice to FACE is weaker than the response of NSC content to high concentrations of CO₂. The SC content has a same trend of change. In seedling stage, the SC has the largest rise, which is around 13.90%~16.86%. Increase in steam is higher than that in leaf. In heading stage, the increase is about 6.62%~8.63%. The smallest increase is in mature stage, at 3.20%~6.15%, and SC in four kinds of rice has similar trend. And the SC in stem and leaf area increase higher than that in spike.

Key words: FACE; rice; non-structural carbohydrates; structural carbohydrates; increase

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2 CO₂浓度升高研究方法的演变 1

1.2.1 FACE系统实验平台 1

1.3 CO₂浓度升高对植物的影响 2

1.4 CO₂浓度升高对水稻的影响 2

1.5 碳水化合物研究概况 3

1.5.1 可溶性总糖研究方法 4

1.5.2 结构性碳水化合物研究方法 4

1.6 本课题研究目的 4

第二章 实验部分 6

2.1 实验材料与仪器 6

2.1.1 实验材料 6

2.1.2 实验试剂 6

2.1.3 实验仪器 7

2.2 可溶性总糖的测定 7

2.2.1 配制试剂 7

2.2.2 标准曲线制作 7

2.2.3 样品中可溶性总糖的提取 8

2.2.4可溶性总糖测定 8

2.2.5 结果计算 8

2.3 结构性碳水化合物的测定 8

2.3.1配置试剂 9

2.3.2测定中性洗涤纤维 9

2.3.3酸性洗涤纤维测定 9

2.3.4 酸性洗涤木质素和酸不溶灰分测定 9

2.3.5 结果计算 10

第三章 结果与讨论 11

3.1 可溶性总糖含量变化 11

3.2 结构性碳水化合物含量变化 13

3.2.1 纤维素含量变化 13

3.2.2 半纤维含量变化 14

3.2.3 木质素含量变化 15

3.3 结论 16

3.4 展望 17

参考文献 18

致谢 20

第一章 绪论

1.1前言

从工业革命开始，人类能源消耗需求急剧增加，煤碳、石油等化石燃料的大量使用，废气排放，森林遭到过度砍伐，绿色植被破坏，全球大气中CO₂浓度正在逐步上升。根据相关的气候的报告，全球大气CO₂浓度已从1850年的280µmol/mol 左右上升到如今的370µmol/mol ，增长了约32%。目前以每年 2µmol/mol 的速度增加，而且增长速度在加快^[1]。有学者估计，到 21 世纪50年代，全球大气中CO₂浓度将达到 550µmol/mol，CO₂占温室效应中气体总量的大部分，其浓度升高将引发全球温度、降雨量等气候条件的变化，破坏全球碳和氮的循环及平衡，破坏生态系统。因此，世界各国政府已经高度重视全球大气CO₂浓度升高这一问题。

水稻是人类重要的粮食经济作物，不仅稻米可以作为主食，而且秸秆作为可再生能源，可以用于制备生物乙醇等。CO₂其浓度的升高会对水稻造成影响，研究CO₂浓度升高下对水稻造成的影响，能对预测未来水稻的生长状况能够提供一定的帮助。

1.2 CO₂浓度升高研究方法的演变

研究CO₂浓度变化对植物的影响有近百年的历史，一百年以前，人们开始利用盆栽来探究空气中CO₂浓度的升高对植物造成的影响，包括光合作用、物质生产等方面，80年代前主要通过提高温室、培养箱或开顶式气箱。从CO₂浓度的控制方法来分，主要分为封闭式气室、开顶式气室和开放式装置（Free-air CO₂ Enrichment，FACE）这三种类型^[2]。

1.2.1 FACE系统实验平台

FACE技术是建立在完全开放的自然环境中，通过管道将纯CO₂气体喷入农作物的种植区域，然后观察植物生长的变化。FACE技术的CO₂浓度通过计算机控制，通过一圈管道喷入区域，可得到直径几十米甚至上百米的高CO₂浓度的人工实验区域，由于没有隔离设施，FACE种植圈的环境条件，除CO2浓度外，其它是与自然大气一样的^[3]。因此FACE系统的结果有较强的可靠性，是封闭式气室和开顶式气室不能比拟的。另外，FACE系统内的CO₂可以自由流动，这样不仅可保证实验的CO₂浓度，而且可以使植物的地上部位和地下部位的其它环境条件和自然条件一致，而其他两种方式存在箱壁效应，因此国际上普遍认为FACE系统是目前研究植物对大气CO₂浓度升高响应的最理想的研究方法^[2]。

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