大气CO2浓度升高条件下稻米品质变劣的成因及其调控

持续迅速上升的大气二氧化碳（CO2）浓度是全球变暖最大的驱动因子，同时作为光合作用底物直接影响作物的产量和品质。水稻是我国第一大粮食作物。相比产量研究，人们对高浓度CO2环境下米质变化的认知甚少，且已有研究表明高浓度CO2条件下稻米品质总体变劣。因此，定量研究高浓度CO2环境下大田水稻米质变化特点及其对策已经成为迫切需要解决的重要科学问题。本项目将依托中国农田开放式空气CO2浓度增高（FACE）技术平台和人工气候室，模拟本世纪中叶大气CO2浓度（约550 ppm），系统研究大田水稻加工、外观、蒸煮/食味以及营养品质对高浓度CO2的响应，评估品种、氮肥、密度、水分、气象因子以及不同气体熏蒸方式对CO2效应的影响，揭示稻米品质响应的生理基础，探索未来高浓度CO2情形下稻米品质改良的途径和方法。这一前瞻性研究将为未来高浓度CO2背景下我国稻作生产选育适宜品种和制订栽培对策提供重要信息。

持续迅速上升的大气CO2浓度是全球变暖最大的驱动因子，同时作为光合作用底物直接影响作物的产量和品质。水稻是我国第一大粮食作物。相比产量研究，人们对高CO2浓度下米质变化的认知甚少，且已有研究表明高CO2浓度条件下稻米品质总体变劣。因此，定量研究高CO2浓度环境下大田水稻米质变化特点及其对策成为迫切需要解决的重要科学问题。本项目利用开放式空气中CO2浓度增高（FACE，Free Air CO2 Enrichment）系统平台和人工气候室，模拟本世纪中叶大气CO2浓度（约550 μmol•mol-1），系统研究稻米品质对高CO2浓度的响应及其影响因子。主要结果表明，高CO2浓度使不同水稻精米蛋白质浓度、必需和非必需氨基酸总量及其组分均显著下降，但蒸煮米硬度和粘性呈增加趋势，变幅因品种而异。高CO2浓度环境下杂交稻稻米锌含量下降且生物有效性降低，但常规水稻无明显变化。伴随大气中CO2浓度的上升，地表臭氧浓度和空气温度亦在增高。气室研究表明，大气CO2浓度升高多数情形下可以或部分可以抵消地表臭氧浓度升高（约增60%）对杂交稻生长和品质的负面影响。对常规稻的T-FACE（Temperature-FACE）试验发现，高CO2浓度对稻米品质的影响可能大于同期的气温升高（约增1oC）；未来高CO2浓度和高温环境下生长的稻米，尽管加工品质、外观品质和营养品质有变劣的趋势，但食味品质可能变好。研究还发现，高CO2浓度使稻米大淀粉粒（直径>5 μm）所占的百分比增加，而使小淀粉粒所占（直径<5 μm）的百分比减少，这些变化以及蛋白质的响应可能在FACE稻米的垩白形成过程中起着重要作用。上述结果可增强我们对气候假定情景下水稻响应的预测能力，进而更加有效地制订出应对气候变化的适应策略。项目实施期间在国内外重要期刊发表标注基金资助的相关论文22篇（SCI收录4篇）、研究生学位论文6篇。培养博士后1名、博士研究生3名、硕士生7名。