大氣CO2濃度升高對不同穗型冬小麥灌漿動態(tài)的影響*

汪東炎，郭李萍，李豫婷，鄭 蕾，韓 雪**

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大氣CO2濃度升高對不同穗型冬小麥灌漿動態(tài)的影響*

汪東炎1，郭李萍1，李豫婷1，鄭 蕾2，韓 雪1**

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081；2. 首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048）

利用開放式空氣中CO2濃度升高系統(tǒng)（Free Air CO2Enrichment，F(xiàn)ACE)，以CO2濃度為主處理，F(xiàn)ACE圈內(nèi)白天（5：30?18：00）CO2濃度550±17μL·L?1，對照濃度400±16μL·L?1，品種為副處理，選取大穗型（陜旱8675）、中穗型（京冬8號）和多穗型（勝利麥）3個小麥品種為研究對象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究未來CO2濃度升高條件下，不同穗型冬小麥品種籽粒灌漿特征的動態(tài)變化。結(jié)果表明：（1）CO2濃度升高明顯增加了各品種的初始粒重。中穗型品種京冬8號灌漿前期粒重增加，但最終籽粒重?zé)o影響，其灌漿時間和平均灌漿速率影響亦不明顯；大穗型品種陜旱8675灌漿時間比對照延長19.3%，其籽粒重顯著增加，穗上、中、下部增重分別為11.0%、20.9%、23.3%，全穗增重18.8%；CO2濃度升高后多穗型品種勝利麥灌漿速率的降低抵消了灌漿時間延長對籽?？傊氐男?yīng)，其灌漿過程粒重增加不明顯。（2）CO2濃度升高對多穗型品種京冬8號和大穗型品種陜旱8675灌漿參數(shù)（最大灌漿速率、到達(dá)最大灌漿速率的時間、平均灌漿速率和灌漿時間）的影響均表現(xiàn)為上部和下部穗大于中部穗，而多穗型品種勝利麥中部穗各灌漿參數(shù)變化幅度明顯高于上、下部穗。（3）CO2濃度升高條件下，京冬8號和陜旱8675均表現(xiàn)為前期灌漿時間縮短，中、后期灌漿時間延長，而其在3個時期的平均灌漿速率變化正好相反；勝利麥在3個時期的灌漿時間均延長，平均灌漿速率降低。研究表明大穗型冬小麥品種比多穗型品種對大氣CO2濃度增加的響應(yīng)更明顯。

FACE；冬小麥；小麥穗型；籽粒灌漿

IPCC報告指出，自工業(yè)革命以來，大氣中CO2濃度升高了近40%，如不采取限制措施，預(yù)計到2050 年大氣CO2濃度將達(dá)到550μmol·mol?1[1]。CO2是光合作用的底物，其濃度的增加必然對作物的生長產(chǎn)生重要影響。有關(guān)大氣 CO2濃度增加對作物影響的研究方法有可控氣室法、開頂式氣室法和相關(guān)類似方法，這些方法有很大的局限性；而利用開放式空氣CO2濃度增高（Free-air carbon dioxide enrichment，F(xiàn)ACE）技術(shù)進(jìn)行研究，作物對高CO2濃度的響應(yīng)受其它氣象因素的干擾最小，是研究高CO2濃度對植物影響的最佳手段[2]。

小麥作為中國重要的糧食作物，CO2是其光合作用的底物，其濃度增加勢必對小麥的生長有重要的影響。小麥灌漿期是決定最終產(chǎn)量的重要生育階段，籽粒灌漿特征是影響籽粒產(chǎn)量的重要生理性狀，對其研究可為籽粒產(chǎn)量目標(biāo)制定及育種策略抉擇提供重要依據(jù)[3]。因此，明確CO2濃度升高對冬小麥灌漿動態(tài)的影響具有重要意義。

近年來，F(xiàn)ACE實(shí)驗(yàn)研究表明，開放式CO2濃度升高對小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素、生育期、光合作用等[4-5]有一定影響。CO2濃度升高促進(jìn)小麥顯著增產(chǎn)主要是由于單位面積穗數(shù)顯著增加[4]，但在超高產(chǎn)條件下，單位面積上成穗數(shù)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，靠進(jìn)一步提高分蘗成穗率，增加單位面積穗數(shù)較困難[6]。一些成穗率偏低而穗粒重高，具有較大增產(chǎn)潛力的大穗型品種逐漸受到重視。在20世紀(jì)70年代就有學(xué)者提出育種3個“品種模式”設(shè)想，即大穗型、中穗型和多穗型，中穗型小麥較穩(wěn)產(chǎn)，大穗型相比多穗型小麥增產(chǎn)潛力大[7]。各地區(qū)生態(tài)條件和品種特性不同，小麥產(chǎn)量構(gòu)成也表現(xiàn)出多樣性，但歸納起來也即上述3種類型[8]。因此，研究未來大氣CO2濃度增加條件下此3種類型小麥灌漿動態(tài)變化具有重要意義。

張凱等[9-10]研究了在FACE條件下春小麥的灌漿特性及產(chǎn)量響應(yīng)。張玲麗等[11-12]研究過大穗型、中穗型、多穗型小麥的源庫關(guān)系及小花發(fā)育與結(jié)實(shí)特性，但是關(guān)于不同穗型冬小麥品種（大穗型、中穗型和多穗型）在高CO2濃度條件下的灌漿動態(tài)差異，麥穗不同部位的籽粒灌漿動態(tài)的差別，目前尚缺乏報道。因此，本研究利用FACE平臺，對大穗型品種陜旱8675、中穗型品種京冬8號、多穗型品種勝利麥的籽粒全穗和不同穗部位的灌漿動態(tài)進(jìn)行研究，以期明確大氣CO2濃度升高對不同穗型冬小麥灌漿的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)與材料

實(shí)驗(yàn)于2015年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院昌平miniFACE實(shí)驗(yàn)基地（40.13°N，116. 14°E）進(jìn)行，該地為暖溫帶、半濕潤大陸性季風(fēng)氣候、褐潮土類型，常年為冬小麥/大豆輪作模式。土壤有機(jī)質(zhì)含量14.10g·kg?1，全氮0.82g·kg?1，速效磷20.0mg·kg?1，速效鉀79.8mg·kg?1，pH8.33。

供試材料為3個穗型冬小麥品種，包括大穗型品種陜旱8675，中穗型品種京冬8號，多穗型品種勝利麥。陜旱8675是陜西省小麥研究中心旱地小麥種組選育的小麥新品種，矮稈、穗大、抗倒伏、抗旱、穩(wěn)產(chǎn)、分蘗力強(qiáng)等[13]；京冬8號由北京市農(nóng)林科學(xué)院以“中間型”育種模式育成，粒大、穗重[14]；勝利麥源自美國中東部，是當(dāng)?shù)刂鳟a(chǎn)推廣品種，其特點(diǎn)是抗銹、耐肥、粒大、株高、穗小而多。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

實(shí)驗(yàn)時間為2015年4?6月，采用開放式CO2濃度升高（FACE）系統(tǒng)[15]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。FACE圈直徑4m，正八邊形。圈中心設(shè)有CO2傳感器和風(fēng)速風(fēng)向傳感器，由主控計算機(jī)根據(jù)圈內(nèi)CO2濃度控制氣體的釋放，F(xiàn)ACE圈內(nèi)CO2目標(biāo)濃度為550μL·L?1。在田間設(shè)置6個FACE處理圈，6個同樣大小的大氣圈為對照（AMB）。白天（5：30?18：00）FACE圈內(nèi)CO2濃度為550±17μL·L?1，對照圈內(nèi)CO2濃度為400±16μL·L?1，除CO2濃度不同外，大氣圈和FACE圈的其它實(shí)驗(yàn)條件都一致。實(shí)驗(yàn)采取兩因素裂區(qū)設(shè)計，3次重復(fù)。CO2濃度為主處理，設(shè)對照（Ambient CO2，400±16μL·L?1）和高濃度CO2（Elevated CO2，550±17μL·L?1）兩個水平。品種為副處理，選取大穗型（陜旱8675）、中穗型（京冬8號）和多穗型（勝利麥）小麥3種材料為研究對象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

全生育期施氮量為188kgN·hm?2，其中底肥施N量為118kgN·hm?2，追肥施N量為70kgN·hm?2，磷肥和鉀肥僅作底肥，施用量分別為165kg·hm?2（P2O5）和90kg·hm?2（KO2）。底肥于播種前一天施用，追肥于小麥拔節(jié)期施用。全生育期灌水定額為750m3·hm?2，平均分成越冬水和拔節(jié)水兩次灌溉。

1.3 粒重測定和灌漿速率擬合

在開花期選擇同日開花的主莖掛牌標(biāo)記，分部位進(jìn)行取樣和統(tǒng)計。麥穗上、中、下部穗的劃分方法為：將整穗一次枝梗平分為3部分，遇不能平分時，則上、下部均取平均數(shù)的整數(shù)部分，多余部分劃入中部穗。將試驗(yàn)品種50%麥穗中部小穗開花完成時期定為開花期，標(biāo)記同一日開花主莖麥穗30株，分別于開花當(dāng)天算起，每6d取標(biāo)記穗 5個，分別將上、中、下部位籽粒摘下，剔除空粒，置75℃烘箱烘干至恒重，去除穎殼并稱重，直至成熟期。用 Logistic 方程分部位、分品種擬合灌漿過程[16]。單粒重隨時間變化的Logistic方程為

式中，t為開花后天數(shù)（d），y為單粒重（mg），A為理論籽粒最大干重（mg），b、k為特定參數(shù)。對式（1）求導(dǎo)即得灌漿速率，即

對式（2）求導(dǎo)，得灌漿速率變化率v(t)，即

式（1）中，t=0時，計算得初始灌漿粒重Yo（mg）。式（3）中，v(t) = 0時，計算到達(dá)最大灌漿的時間tm=lnb/k（d），對應(yīng)最大灌漿速率Vm=kb/4（mg·grain?1·d?1）和最大灌漿速率時粒重Ytm（mg）。灌漿持續(xù)時間T99（d）定義為開花至最終單粒重為99%A的時間，則平均灌漿速率為Va=A/T99（mg·grain?1·d?1）。灌漿速率曲線有兩個拐點(diǎn)，對式（2）求二階導(dǎo)數(shù)等于零時，得兩個拐點(diǎn)t1=（lnb?1.317）/k，t2=（lnb+1.317）/k，故灌漿過程可分為3個階段：前期（0?t1）、中期（t1?t2）和后期（t2?t99）。根據(jù)各階段的灌漿時間和籽粒干重積累量，可計算出各階段的平均灌漿速率AGR，籽粒干重積累量W。

1.4 統(tǒng)計分析方法

用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SAS 9.2統(tǒng)計軟件進(jìn)行CO2和品種處理的顯著性分析，Logistic曲線擬合和繪圖采用Origin8.5。

2 結(jié)果與分析

2.1 CO2濃度升高對不同穗型冬小麥灌漿結(jié)果的影響

由表1可見，在自由大氣CO2濃度條件下，中穗型品種京冬8號的全穗單粒重顯著高于大穗型品種陜旱8675和多穗型品種勝利麥，比這兩個品種高約10mg·粒?1（33.6%）；CO2濃度升高后，陜旱8675全穗單粒重明顯增加（P＜0.05），比對照增加18.8 %，其它兩個品種的差異則不顯著。兩種CO2濃度下各品種麥穗均表現(xiàn)為中部單粒重最大，上、下部相對較小，CO2濃度升高后陜旱8675各部位單粒重均明顯增加（P＜0.05），上、中、下部單粒增重分別為11.0%、20.9%、23.3%；京冬8號下部穗受CO2濃度升高影響較大，單粒重明顯降低；勝利麥上、中、下各部位單粒重均有所增加，但差異不顯著。

2.2 CO2濃度升高對不同穗型冬小麥灌漿過程的影響

將實(shí)驗(yàn)測得的開花后上部穗、中部穗、下部穗單粒重動態(tài)進(jìn)行Logistic曲線擬合，相應(yīng)方程式、決定系數(shù)和方程方差分析結(jié)果見表2。由表可知，擬合結(jié)果決定系數(shù)R2在0.95以上（勝利麥在對照CO2濃度下擬合R2值略低），并且擬合方程方差分析均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），說明京冬8號、陜旱8675和勝利麥在不同CO2濃度下可以用Logistic方程來描述不同部位籽粒的灌漿過程。

表1 兩種CO2濃度處理下不同穗型小麥品種麥穗各部位收獲期單粒重的比較（mg·粒?1）

注：AMB表示自由大氣CO2濃度，即400μL·L?1；FACE表示大氣CO2濃度升高，即550μL·L?1。小寫字母表示處理間在0.05水平上的差異顯著性。下同。

Note: AMB is ambient CO2concentration（400μL·L?1）；FACE is free-air carbon dioxide enrichment（550μL·L?1）. Lowercase indicates the difference significance among treatments at 0.05 level. The same as below.

表2 不同處理下小麥籽粒灌漿動態(tài)Logistic方程

CO2濃度升高后，京冬8號全穗粒重在灌漿前期（花后6～24d）明顯增加，比自由大氣CO2濃度下增加6.6%～53.4%，特別在灌漿前期開花后6d和12d，分別增加了45.3%、53.4%；陜旱8675在CO2濃度升高下整個灌漿期（花后6～30d）全穗粒重比自由大氣CO2濃度條件下增加了10.8%～188.8%，在開花后第6天增加了188.8%；CO2濃度升高使勝利麥灌漿前期（花后6～24d）全穗籽粒重減少，相比自由大氣CO2濃度下減少1.5%～6.4%，但灌漿后期全穗粒重增加，最終粒重增加3.9%。

3個品種上、中、下部穗灌漿粒重變化過程如圖1。由圖可見，CO2濃度升高后，京冬8號在灌漿前期（花后6～24d）上、中、下部穗粒相比自由CO2濃度條件下增加，花后30d二者無差異；高CO2濃度下，陜旱8675在整個灌漿期（花后6～30d）上、中、下部穗粒重明顯大于自由大氣CO2濃度；CO2濃度升高后勝利麥的上、下部穗變化比中部穗明顯。在CO2濃度升高條件下，3個品種各自的上、中、下部穗粒重和全穗單粒重變化均一致，說明FACE處理未改變不同部位籽粒灌漿進(jìn)程的重大特征。研究結(jié)果說明FACE處理增加了中穗型冬小麥灌漿前期粒重，但對最終粒重基本無增加作用；對大穗型品種冬小麥粒重增加有明顯促進(jìn)作用，顯著增加其灌漿過程籽粒重和其最終籽粒重；對多穗型冬小麥整個灌漿過程籽粒重?zé)o影響。

圖1 三個冬小麥品種上、中、下部麥穗單粒重變化過程（Logistic曲線）

2.3 CO2濃度升高對不同穗型冬小麥灌漿速率的影響

由表3可見，CO2濃度升高明顯增加了京冬8號和陜旱8675的灌漿初始粒重（Y0），相比自由大氣CO2濃度下，京冬8號和陜旱8675的全穗初始粒重分別增加了125.1%、561.3%，對勝利麥全穗初始粒重?zé)o影響。CO2濃度升高降低了3個品種全穗的最大灌漿速率（Rm），京冬8號、陜旱8675和勝利麥全穗分別減少9.0%、19.4%、4.1%。CO2濃度升高后，全穗到達(dá)最大灌漿速率的時間（Tm）京冬8號縮短了6.0%，陜旱8675無影響，而勝利麥則延長了5.0%。對于全穗平均灌漿速率（Ra），CO2濃度升高對京冬8號和陜旱8675無影響，勝利麥全穗灌漿速率則減少了4.2%。而3個品種的灌漿時間（T99），京冬8號、陜旱8675和勝利麥分別延長3.9%、19.3%、4.9%。從麥穗不同部位看，CO2濃度升高對京冬8號和陜旱8675各灌漿參數(shù)（灌漿初始粒重、最大灌漿速率、到達(dá)最大灌漿速率的時間、平均灌漿速率和灌漿時間）的影響均表現(xiàn)為上部穗和下部穗大于中部穗，而勝利麥中部穗各灌漿參數(shù)變化幅度明顯高于上、下部穗。

2.4 CO2濃度升高對不同穗型冬小麥灌漿階段的影響

將籽粒灌漿過程分為前期（0?t1）、中期（t1?t2）、后期（t2?t99）3個階段，由表4可知，CO2濃度升高明顯縮短了京冬8號灌漿前期持續(xù)時間，全穗籽粒平均比對照縮短14.0%，而灌漿中后期時間得到延長，全穗籽粒都比對照延長13.7%，上部穗籽粒延長幅度明顯大于中、下部穗。FACE處理明顯提高了京冬8號籽粒灌漿前期的平均灌漿速率，全穗比對照提高20.4%，上、中部穗籽粒平均灌漿速率明顯提高，而中期和后期平均灌漿速率降低，全穗籽粒均比對照減少9.0%，上部穗籽粒明顯降低?？傮w看來上部穗變化幅度大于中、下部穗。

表3 各處理麥穗各部位籽粒灌漿特征參數(shù)

注：Yo為灌漿初始粒重（mg）；Tm為到達(dá)最大灌漿速率的時間（d）；Rm為最大灌漿速率（mg·grain?1·d?1）；T99為到達(dá)籽粒理論最大干重99%時的時間；Ra為平均灌漿速率（mg·grain?1·d?1）。

Note：Yo is initial grain weight of grain filling（mg）; Tm is time reached the maximum grain filling rate（d）; Rm is maximum grain filling rate（mg·grain?1·d?1）; T99 is the time reached the theoretical maximum dry weight value of the grain of 99%（d）; Ra is average grain filling rate（mg·grain?1·d?1）.

表4 各處理小麥籽粒灌漿前、中、后期持續(xù)時間、平均灌漿速率和干重積累量

CO2濃度升高后，陜旱8675的籽粒灌漿前期、中期、后期灌漿持續(xù)時間和速率的變化影響與京冬8號一致，但變幅大于京冬8號，相比對照，其全穗籽粒灌漿前期時間縮短12.6%，灌漿速率增加36.4%；中期和后期灌漿時間增加48.0%，灌漿速率降低19.1%。總體看來中部穗變化幅度大于上、下部。

CO2濃度升高延長了勝利麥灌漿前、中、后期持續(xù)時間，降低了各時期灌漿速率。全穗灌漿前期增加5.2%，灌漿速率降低4.5%，中期和后期灌漿時間增加4.8%，灌漿速率降低4.1%。中部穗的變化幅度明顯高于上、下部。

3個小麥品種全穗和各部位穗在灌漿前、中、后3個時期其籽粒積累占整個生育期比重分別為前期和后期積累量各占21.1%，中期積累量占到57.7%。

3 結(jié)論和討論

3.1 結(jié)論

在CO2濃度升高的條件下，不同穗型冬小麥的灌漿響應(yīng)不同，CO2濃度升高明顯增加了各品種初始粒重，京冬8號（中穗型）灌漿時間和灌漿速率無明顯變化，最終粒重?zé)o影響；顯著增加了陜旱8675（大穗型）的最終籽粒重，主要由于灌漿時間的延長；勝利麥（多穗型）對高CO2濃度響應(yīng)不明顯，主要由于灌漿速率的降低抵消了灌漿時間延長對產(chǎn)量的促進(jìn)作用?？梢?，在大氣CO2濃度升高條件下，大穗型冬小麥響應(yīng)更加明顯。

3.2 討論

高產(chǎn)條件下，當(dāng)畝穗數(shù)接近飽和、粒數(shù)受分化時期限制時，則粒重在很大程度上制約著產(chǎn)量的進(jìn)一步提高[17]。小麥的籽粒重是產(chǎn)量的重要組成部分，主要由灌漿速率和灌漿持續(xù)時間決定[18]。小麥的灌漿速率和持續(xù)時間由同化物吸收、同化物運(yùn)輸阻力、籽粒增長潛力和環(huán)境因素共同影響[19]。關(guān)于小麥的灌漿特性，特別是灌漿速率和持續(xù)時間，國內(nèi)外做了很多研究，對于灌漿參數(shù)和粒重的關(guān)系，由于不同研究者使用的材料及栽培環(huán)境不同，因而得出的結(jié)論不一，一般認(rèn)為籽粒重和灌漿速率、持續(xù)時間均呈正相關(guān)[20-21]。而關(guān)于不同穗型冬小麥對高CO2濃度響應(yīng)差異，尚無相關(guān)報道。

本研究結(jié)果說明，CO2濃度升高條件下，不同穗型冬小麥的灌漿動態(tài)響應(yīng)不同，CO2濃度升高對中穗型品種京冬8號影響較小，全穗籽粒的灌漿速率提高4.9%，灌漿時間縮短0.4%，全穗籽粒單重?zé)o變化；大穗型品種陜旱8675全穗籽粒的灌漿速率無變化，灌漿時間增加19.3%，全穗籽粒單重增加18.8%；多穗型品種勝利麥全穗籽粒的灌漿速率降低4.2%，灌漿時間增加4.9%，全穗籽粒單重增加3.9%。Li等[10]研究了在自由大氣CO2濃度升高（FACE）條件下春小麥的灌漿動態(tài)變化，認(rèn)為CO2濃度升高增加了籽粒的灌漿速率，從而增加了最終粒重；張凱等[9]研究結(jié)果也表明CO2濃度升高增加了春小麥籽粒的灌漿速率，持續(xù)灌漿時間減少，與本實(shí)驗(yàn)京冬8號品種研究結(jié)果一致，而與陜旱8675品種結(jié)果相反，可能是大穗型品種穗大粒多，分蘗成穗率很低導(dǎo)致灌漿時間長的緣故[22]。灌漿速率主要由遺傳因素決定，灌漿持續(xù)期主要取決于環(huán)境因素[17]，本研究發(fā)現(xiàn)外界CO2濃度升高明顯增加了陜旱8675的灌漿時間，增加了最終籽粒重。灌漿時間短一直是制約中國北方冬小麥區(qū)產(chǎn)量的重要因素[23]，因此可以考慮在溫度適合條件下，適當(dāng)早播和延長收獲時間，可能是在未來高CO2濃度條件下大穗型冬小麥適應(yīng)氣候變化增加產(chǎn)量的重要方式。勝利麥灌漿前期持續(xù)時間短、速率快可能與其開花較晚（比京東8號和陜旱8675晚13d），灌漿期間溫度高有關(guān)。溫度是影響小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的一個重要環(huán)境因子[24-25]，如在中國北方溫帶小麥栽培區(qū)，籽粒灌漿過程溫度過高會縮短灌漿時間，促進(jìn)莖葉早衰，籽粒干物質(zhì)累積量降低，影響粒重增長[26]，Chaturvedi等[24]研究表明，在開花和灌漿過程中高溫脅迫抵消了CO2濃度升高對水稻同化分配和產(chǎn)量的有益影響。由于灌漿速率的降低抵消了灌漿時間延長對籽?？傊氐男?yīng)，而削弱了CO2濃度升高對勝利麥粒重的促進(jìn)作用。

3個品種冬小麥在自由大氣CO2濃度和高CO2濃度條件下，均表現(xiàn)為麥穗中部的灌漿速率最高，這可能與麥穗中部最早開花和開花后籽粒的快速生長有關(guān)[27]。另外，在高CO2濃度條件下，京冬8號和陜旱8675的上部穗或下部穗的灌漿速率、持續(xù)時間和增減幅度明顯高于中部穗，與Li等[28]研究結(jié)論一致。而勝利麥中部穗變化幅度高于上、下部穗，可能與后期高溫影響有關(guān)[29]。CO2濃度升高對不同穗型冬小麥的前、中、后期灌漿過程影響也不同。高CO2濃度主要增加了京冬8號和陜旱8675的灌漿前期平均速率，縮短了灌漿時間，降低了灌漿中后期灌漿速率而增加了灌漿時間；而對于勝利麥CO2濃度升高降低了灌漿前期速率，增加了灌漿時間，其中后期變化與另外兩個品種一致。由于試驗(yàn)條件和材料的不同，有關(guān)小麥灌漿的前期、中期和后期對小麥粒重的影響，不同研究得出的試驗(yàn)結(jié)果存在差異[30-31]，尚需進(jìn)一步深入探究。

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Effects of Elevated Atmospheric CO2Concentration on Grain Filling Dynamics of Different Spike-type Winter Wheat

WANG Dong-yan1, GUO Li-ping1, LI Yu-ting1, ZHENG Lei2, HAN Xue1

(1. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 2. College of Resources Environment and Tourism, Capital Normal University, Beijing 100048)

The free air CO2Enrichment (FACE) system was used to study the grain filling dynamics of whole panicles and different positions of wheat panicle in different spike-type cultivars (medium-spike type,. Jindong8, large-spike type,. Shanhan8675 and multi-panicle type,. Triumph) under the elevated CO2concentration of 550±17μL·L?1(5：30?18：00) and the ambient CO2concentration 400±16μL·L?1. The results showed that: (1) the initial grain weight was significantly increased under the elevated CO2concentration. Elevated CO2concentration increased the grain weight of Jingdong8 (medium-spike type) in the early grain filling stage with no effect on the final grain weight, and had no effect on the grain filling duration and average filling rate; Elevated CO2prolonged the grain filling duration of Shanhan8675 (large-spike type) by 19.3% and increased grain weight significantly, the dry weight of the upper, middle and lower parts of the panicle was increased by 11.0%, 20.9% and 23.3%, respectively, and the whole panicle was increased by 18.8%; The Triumph (multi-panicle type) did not show significant increase in grain weight under elevated CO2concentration, due to the lower grain-filling rate offset the prolonged duration effect to the mass maturity. (2) Regarding of the panicle positions, the elevated CO2showed a positive effect of the filling parameters (the maximum grain-filling rate, the time reach maximum growth rate, grain filling duration and average grain filling rate) on the upper and lower position of wheat panicle of Jingdong8 and Shanhan8675, contrast with the Triumph’s middle panicle part of panicle. (3) Elevated CO2shorten the duration of Jindong8 and Shanhan8675 in early grain-filling stage, whereas prolonged the duration of the middle and the last grain-filling stage, which was opposite to the average grain filling rate in the three periods; The grain filling duration of the three stages of Triumph was prolonged, while the average grain filling rate showed the opposite trends. The results suggest that the large-ear type winter wheat will have a better performance than multi-panicle type winter in a CO2-rich world.

FACE; Winter wheat; Variety; Grain filling

10.3969/j.issn.1000-6362.2019.05.002

汪東炎,郭李萍,李豫婷,等.大氣CO2濃度升高對不同穗型冬小麥灌漿動態(tài)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2019,40(5):284-292

2018?11?02

。E-mail: hanxue@caas.cn

國家自然科學(xué)基金“冬小麥品種對高濃度CO2差異響應(yīng)的機(jī)理研究”（41505100)；國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“北部冬麥區(qū)豐產(chǎn)節(jié)水型優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥品種篩選及其配套栽培技術(shù)”（2016YFD0300401）

汪東炎（1993?），碩士生，主要從事氣候資源與氣候變化研究。E-mail: donyanwang@163.com