ERF3促根突变体缓解高浓度CO_2对粳稻植株氮吸收的负效应

大气CO_2浓度升高会显著降低粳稻植株和叶片氮浓度,从而减缓叶片净光合速率和降低产量的响应幅度。植物氮浓度在高CO_2浓度下的降低与植株氮素吸收能力密切相关,而后者受到根系大小及其活力的调控。为探索通过提高粳稻根系生长及其活力来缓解大气CO_2浓度升高对氮吸收负效应的可行性,利用CO_2生长箱和农田开放式空气CO_2浓度增高FACE(free air CO_2 enrichment)研究平台,以促根突变体ERF3及其野生型作为研究对象,评价二者根系形态指标(总根长、冠根数和扎根深度)、根系活力、氮素吸收和利用效率、各器官氮浓度、叶片净光合速率和地上部生物量对CO_2浓度升高(+200μmol?mol-1)的响应。结果表明,(1)促根突变体ERF3和野生型总根长、冠根数、扎根深度及根系生物量在高CO_2浓度下均表现为显著增加(P0.05)。突变体ERF3根系形态指标和生物量对高CO_2浓度的响应幅度为42.3%~288.9%,较野生型高出6.4%~191.0%。(2)突变体ERF3单茎根系活力在高CO_2浓度下表现为显著(P0.05)增加,增幅为212.1%;而野生型在高CO_2浓度下无显著变化。(3)无论是生长箱还是田间盆栽试验,突变体ERF3在高浓度CO_2下均可以更好地协调氮素的吸收和利用过程。突变体ERF3各器官的氮浓度在高浓度CO_2下并未表现出明显降低趋势;而野生型在高浓度CO_2下表现为显著降低。(4)叶片氮浓度和Rubisco含量的稳定显著提高(P0.05)了突变体ERF3叶片的净光合速率对浓度CO_2升高的响应能力,增幅为42.8%。以上结果表明,未来育种可考虑通过提高粳稻根系生长和活力来减缓CO_2浓度升高对粳稻植株氮素吸收的负效应,从而促进水稻生长和生产。