油菜氮效率对CO2浓度升高的响应研究

大气CO2浓度升高已成为不可阻挡的趋势，而有限的氮素供应将限制高CO2浓度条件下植物碳同化速率的进一步提高，严重抑制了植物生产潜力的充分发挥和陆地生态系统作为大气CO2库的功能。为避免大量施用氮素后固定CO2的经济成本提高和环境污染负荷加重，在大气CO2浓度升高条件下最大限度地发挥植物的氮素利用潜力具有重要意义。本项目以不同氮效率油菜基因型为研究材料，在不同CO2浓度和供氮水平下，研究氮素吸收量，根系吸收特性，主要光合器官的含氮量、氮同化酶活性、Rubisco含量与活性，植株硝态氮累积利用以及碳氮源-库平衡等，探明油菜氮素吸收与利用效率对CO2浓度升高的响应机理及供氮水平对其的影响，查明不同氮效率油菜对CO2浓度升高的响应差异及氮效率对CO2浓度升高的响应过程中氮素吸收效率和利用效率的相对贡献。为缓解氮素不足引起的植物CO2固定能力下降，创建高CO2浓度条件下的油菜高产高效提供科学依据。

本项目采用砂培和土培试验，以氮高效品种2号和氮低效品种6号（分别用“2”和“6”表示）为研究材料，在正常供氮和氮胁迫条件下，研究不同CO2浓度对油菜氮素吸收效率和利用效率的影响，分析油菜氮效率对CO2浓度升高的响应过程中氮素吸收效率和利用效率的相对贡献，查明油菜氮效率对CO2浓度升高的响应机理及供氮水平对其的影响，为缓解氮素不足引起的植物CO2固定能力下降，创建高CO2浓度条件下的油菜高产高效提供科学依据。研究结果表明：高CO2浓度条件下，2个油菜品种的生物产量、籽粒产量、株高和根茎直径均高于自然CO2浓度，正常供氮条件下的增加值略高于氮胁迫条件；单株角果数在两个供氮水平下均增加，每角果粒数和千粒重在氮胁迫条件下减少、正常供氮条件下增加。高CO2浓度降低了油菜各器官及单株含氮量，但因生物量增加，各器官及单株氮素累积量仍增加，常氮条件下增加幅度大于氮胁迫条件，2号品种对供氮水平的反应更加明显。高CO2浓度条件下，明显提高2个油菜品种的氮素利用效率，氮素吸收效率和氮效率也以增加趋势为主，但氮素利用效率的提高幅度明显大于氮素吸收效率，说明CO2浓度升高对油菜氮素利用效率的影响明显大于对氮素吸收效率的影响；不同CO2浓度条件下，氮素吸收效率和氮素利用效率均表现为2号品种高于6号品种，但氮素吸收量的差异相对较小，氮素利用效率的差相对较大，说明，氮效率变化中氮素利用效率的贡献大于氮素吸收效率。.高CO2浓度条件下，油菜根系体积、根重、根系活跃吸收面积和总吸收面积增加，常氮条件下的增加幅度大于氮胁迫条件，而一级侧根数、总根长和根系活力略有减少，2号品种的根系指标对供氮水平的反应大于6号品种。高CO2浓度提高油菜叶片光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）和瞬时水分利用效率（WUE），降低气孔导度（Cd）和蒸腾速率（Tr），增加茎叶可溶性糖含量，但对叶绿素含量的影响较小；高CO2浓度减少茎叶游离氨基酸含量和叶片硝酸还原酶活性，但增加茎叶硝态氮再利用量和谷氨酰胺合成酶活性；高CO2浓度降低生长后期有机氮转运率和转运量、增加植株体氮素损失率和损失量。