全 文 ： 7。一
第 19卷第 4期
1999年 7月
生 态 学 报
ACTA EC0I ()GICA SINICA
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VoI_19．No．4
July，1999
CO：浓度升高对水稻根系分泌物的影响
— — 总有机碳、甲酸和乙酸含量变化
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至 ，挂垡宏!．
(I中国科学院生态环境研究中心 环境水化学国家实验室．北京 100085；2．中国农业大学植物营养系，北京 100094) ‘
摘要 ：在大气 CO 浓度升高条件下采用术培方法对水稻根系生长及根系分泌物进行了初步研究 CO。浓度倍增对术培术
稻的根系生长具有明显的促进作用，约为 7O r但是根冠比却有所降低，术稻根蒜单位干重总有机碳、己酸以及甲酸的释
放量在CO2淮度倍增条件下变化不明显，但是单株根系分泌物 量．己酸以及 甲酸的释放总量在CO 倍增处理下明显增
加 推测水稻根系分泌物的增加是高浓度 CO}下稻 田CH4排放增加的重要原因之一
美t调 ；水稻 ；根系分泌物 Fc02倍增|总有机碳；己酸；甲醴
Effeets of CO，elevation 0n root exudates in rice
W ANG Da—Li ，LIN W ei—Hong (1．SKLF~AC，Research Cut fo Ec。⋯E iron 嘣把f Science，，Chine hcade—
my ofSciences，l~ ng100085，China·2 Departmentof PlantNutrition-China AgriculturalUni~rMty，Be ng100094-
China)
Abstract：Rice root growth and root exudation were studied using hydroponics under different atmospheric
CO2 concentrations．Rice root growth was stimulated significantly by 70 under elevated CO 2 environ
merit．Total organic carbon，acetic acid andformic acid exudated per plantin a higherCO2 concentration en—
vironment were significantly higher than those in ambient CO environment，while the amounts expressed
as per unit root dry weigh1 showed no significant difference．h is expected that the change of rice root exu—
date may be one important mechanism of CH{emission increase from rice paddies tunder CO z enrichment．
Keywords：rice proot exudate FC02 enrichmentltotal organic carbon(TOC)；acetictformic acid
文章垃号：i000—0933(1999)04 0570 03 中圈分类号 ：Q173 文献标识码 ：A
CH 是重要的温室气体之一 ，虽然大气 CH．浓度仅有 1．74,umol／mol，但是其温室效应强度却 比CO
高十几倍，目前 CO 对大气温度升高的贡献约占 2o l_ ]。未来大气 CO 浓度升高对全球 CH。的排放的
影响研究得相对较少，Allen等发现 CO 倍增使热带稻田 CH 通量增 加 75 ～200 ]。作者研 究表明
CO。浓度升高对稻田 CH．排放速率存在促进作用 ，提高 了 153 ～288 ”。这些数据表明，CO 浓度升高
对全球 CH。捧放 ，尤其是稻 田CH 排放，有很大影响 ，这是 目前 CH 排放预{疆I中不曾考虑的因素 CO 浓
度升高 可能通过使稻 田及湿地 生态系统植物 的枯 落物、根 系分泌物 以及根 系周转增加等促进 CH 捧
放 l_”。厌氧环境中，水稻的根系分泌物容易被土壤中的微生物转化成为简单的有机物如甲酸、乙酸等 ，它
们是重要的产 CH。前体。研究术稻根系分泌物 中产 CH 菌的底物含量变化有助于 了解其变化机理。本研
究针对 CO 倍增对术稻根系分泌物 中总有机碳、甲酸和乙酸古量的影响作了初步研究， 期了解水稻根 系
分泌物对 CO 浓度倍增 的响应 ，从而为 CO。浓度升高环境中 CH 的排放变化机理研究提供参考 。
I 材料与方法
I．1 CO 浓度倍增系统设计
基金项目：国家自然科学基金资助项 目(项目编号 395701331
收蔫日期：1999一O1 20{任订 日期 1999—03—26
1) 王大力，朱立民 CO2浓度倍增对水稻 CH一排放物影响 ．植物生态学报 ，1999，待发
． I
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4期 王大力等：CO 浓度升高对水稻根系分泌物的影响 571
实验于 1998—07 10在中国农业大学科学园(北京)进行。采用开顶式培养室模拟CO 踉度升高环境 。设
两个处理：①CO 浓度升高处理(650~mol／mol CO ) ②正常大气对照(3551*raol／mo[CO )，有关培养室具
体设计参照前期研究文章 。
水稻品种采用天津农科院提供 的津稻 1187，萌发后 10d，移栽 至11培养钵中在开顶式培养室进行水培
至分蘖盛期，每盆 5株水稻，每个处理 5个重复。培养渡参照国际水稻研究所配方Ⅲ。每 3d更换一次培养
液。采样前一天将培养钵冲洗干净 ，加入蒸馏水 取样时，用蒸馏水定容至 950m[，混匀过滤 ，测定 pH值 ．最
后取样进行总有机碳 、甲酸和乙酸的分析
TOC采用 日本 岛津 TOC一500测定位测定F甲酸、乙酸含量采用美国 DIONEX公司 DX一100型离子色
谱仪测定 分离柱 ，AS4A—SC阴离子分离拄(DIONEX公司)；抑制器 ，AMMS—I(DIONEX盘司)；进 样量，
1 50 ；淋洗渡 ，0．05N四硼酸钠 F流速 ，1．0ml／min‘再生渡 。0．25NH 2SO。，系统压力．650psi
2 结果与讨论
2．1 CO 倍增对水培水稻根系生长的影响
CO 浓度 升高对水培水稻的根 系生物量有显著的促进作用(表 1)，CO 倍增下生长的水稻根系生物量
增加 了70 。这与土培实验结果一致 ]I但是在高浓度 CO 处理中水培水稻的根冠 比有低于正常 CO 处
理的趋势 ，虽然统计学上差异并不显著 这个现象与盆栽实验以及 田间宴验的结果相反_5 。这 可能是由于
在水培条件下，养分供应充足 ，光台产物分配模式可能同养分胁迫下不同，根系井未如养分胁迫下有补偿
性生长‘同时由于光合速率提高，地上部分生长也得到很大促进 这个结果为盆栽中生长受养分限制而导
致根冠 比增加提供 了证据。
2．2 CO 倍增对承培承稻根系分泌勘的影响
水稻根系分泌物 ，特别是 甲酸和乙酸是稻田产 CH 茁的重要底物，因此根际区这些有机物和有机酸的
总量变化对稻 田CH 排放的影响较大。CH 的产生模式如下所示 ：
CH3CO0 +H 一 CHt十 HCO7 (1)
4HCOO — H 一H 20一 CH{+ 3HCO~ (2)
有机酸总量在本实验中没有测定 ，但对溶液 pH及总有机碳含量做了测定 从培 养渡 pH结果看 ，CO。
倍增处理的 pH值较正常处理的低(表 1)，这说明在 CO 倍增处理下的水稻根系酸性分泌物量大于正常处
理。2 采集的 TOC、甲酸和乙酸单位千重根系的释放量在CO 倍增浓度处理中低于正常CO 处理，但是
未显示出明显差异 由于在 CO：浓度倍增处理下水稻根系生物量增加。水稻根系单株分泌物总量显著高于
正常CO 处理 ，为每株 0．98mgC．正常处理的 TOC为 0．54rag C／p
衰 1 CO】浓度信增对木梧根系生长和分密抽吉量的膨响(24h)
Table 1 Ef~ ls of COz enrichment oR root hlomass and root exudate
*差异显著 ，氟Enl氍呲 tl dL[{event at P
乙酸含量随时间的变化呈现出相同趋势，即2b的培养渡乙酸含量均高于24h的含量(表2) 表明微生物对
根系分泌物有分解利用 根系分泌物量与生长介质中有效养分含量也密切相关 由于永培条件下养分供应
充足．因而在 CO。倍增处理下水稻根系单位重量分泌物量井没有增加。对于水稻个体水平而言 ，乙酸的释
2) Lin W ．Photosynthetic Response of Rice of Elevated CO z and High Temperature：from single leaf"to whole
canopv．Ph．D．dissertation．Institute Botany．ChineseAcademy Sciences．1997
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72 生 态 学 报 l 9卷
放总量趋势却是高CO 处理显著高于正常 CO 处理(表 2)。这是因为虽然 CO 倍增处理的单位恨乐干重
释放量没有增加 ．但是 CO 倍增处理下水稻报系生长增幅较大．因而根乐丹泌物 总量增加 。在自然条件下．
根系普遍生活在不同程度的养分 迫下．变化趋势可能会更加明显 ．Lambers等认为向根 系分配的碳量增
加是一种营养条件啡迫的闻接效应．快速生长引起的养分区域性耗竭 促进 r恨 乐的生长 。根据计算 CO
浓度升高后+当养分供应不足时 ，根呼吸消耗的碳将增 加 水分胁迫也会使根呼吸增加t从而导致碳 向根 乐
分配增加 很多实验表明根系生物量受高浓度 CO 促进+尤其是细根生物量普遍增加 。在本实验中水
稻根 系分 泌物的变化同稻田 CH 排放的响应是一致的 ，说明CO 倍增条件 F稻田 CH 排放增加的一个
可能原因是由 r水稻根 系分泌物总量以及甲酸、乙酸含量增加+为产甲烷菌提供 丁更多底物引起的
衰 2 不同时间水稻报分泌憎中己瞥含量的变化
Table 2 Effe~l 0f Co】enrtrima~ t帅 acetic add~ntekt In rice root exudate
差 异显看 ,Significantly different at P<0 05 level by T—test
值得一提的是在水培条件下 ，单位根系干重总有机碳 、甲酸和乙酸的含量在高浓度 CO 处理下有所降
低，这一点同根冠 比的变化相似 根系分 泌物在不同培养条件下对 CO 浓度变化的响应尚需探入研究。
综上所述+CO 浓度倍增对水培水稻的根系生长具有明显的促进作甩 ．约为 7O ，但是根冠 比却有所
降低；水稻个体根 系分泌物总量、甲酸以厦乙酸的释放总量在高 CO 处理下增加 证明水稻根 系分泌物的
增加是高浓度 CO。下稻田CH 排放增加的机理之一 。
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1) 同第 570页下注。
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