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自工业革命以来,大气中二氧化碳(CO2)浓度持续升高。为了准确预测大气中温室气体增加对未来粮食安全的影响,除产量和品质外,还必须定量研究CO2浓度升高对主要粮食作物抗倒性的影响及其作用机理。然而,高CO2浓度环境下重要粮食作物水稻抗倒性的变化及其生理机理报道甚少,针对不同杂交稻或超级稻组合的研究还未见报道。2014、2015年连续两个生长季,利用大型稻田FACE(Free Air CO2 Enrichment)平台,以生产上最新育成的曾创高产纪录的超级杂交稻Y两优2号、甬优2640为供试材料,设置环境CO2浓度(Ambient)和高CO2浓度(FACE,Ambient+200μmol·mol-1)两个水平,系统测定田间原位抗折力、基部节间的倒伏指数、抗折力、弯曲力矩、长度、重量、横截面积、长直径、短直径、非结构性碳水化合物、元素含量(P、K、Si)、大小维管束以及气腔的个数和面积,旨在明确大气CO2浓度升高对超级稻抗倒性的影响、种间差异及其可能原因。主要结果如下:1.与Ambient相比,FACE处理使两品种结实期原位测定的田间单穴抗折力、田间单茎抗折力多数呈增加趋势,2014年增幅较2015年更为明显。例如,FACE使2014、2015年田间单穴抗折力分别增加26.9%*、8.6%+,田间单茎抗折力分别增加9.9%*、4.9%。2.FACE处理使两品种结实期茎杆基部各节间倒伏指数均下降;基部各节间平均,FACE使2014、2015年穗后25 d倒伏指数分别下降10.6%、9.5%*,成熟期分别下降12.6%+、9.5%**。倒伏指数为抗折力与弯曲力矩的函数。FACE使两品种结实期茎杆基部各节间抗折力均增加,弯曲力距响应与其基本一致。基部各节间平均,FACE使2014、2015年水稻穗后25 d茎杆抗折力分别增加11.4%、19.2%**,成熟期分别增加27.1%**、15.6%**;使对应年度穗后25 d弯曲力矩分别增加-3.6%、11.2%**,成熟期分别增加12.4%*、7.4%**。3.FACE使两品种结实期茎杆基部各节间长度多呈增加趋势,最高增幅达5.6%。从基部节间鲜重、干重、节间单位长度鲜重和干重看,FACE圈水稻多数呈增加趋势;例如,2015年穗后25 d、成熟期基部各节间干重的平均值分别增加22.0%*和3.0%+,单位节间干重的平均值分别增加19.5%+和11.0%。4.FACE使水稻结实期茎杆基部各节间横截面积多呈增加趋势;基部各节间平均,FACE使2014、2015年穗后25 d分别增加3.8%、1.8%,成熟期分别增加14.5%*、4.8%*。节间横截面积为节间长直径和短直径的函数。FACE使两品种结实期茎杆基部各节间长、短直径多呈增加趋势,成熟期的增幅总体大于穗后25 d;各节间平均,FACE使两年穗后25 d节间长、短直径增加0.5%～2.9%,成熟期增加1.4%～4.7%*。相似地,FACE使两品种结实期茎杆基部各节间壁厚也多呈增加趋势。各节间平均,FACE使2014年穗后25 d、成熟期分别增加-1.7%、5.7%**,2015年分别增加9.8%*、5.2%**。5.FACE使两品种结实期茎杆基部各节间可溶性糖、淀粉、非结构性碳水化合物(NSC)浓度多呈增加趋势;基部各节间平均,FACE使两年结实期节间可溶性糖、淀粉和NSC浓度分别增加9.5%～25.8%**、2.0%～41.7%**和4.5%～25.6%**。与此相反,FACE使两品种结实期茎杆基部各节间P、K、Si浓度多呈下降趋势;基部各节间平均,FACE使两期基部节间 P、K、Si 浓度分别下降 4.1%～35.3%**、6.4%～20.9%**、11.6%+～15.6%+。6.FACE水稻结实中期茎杆基部各节间大、小维管束个数均下降,但气腔个数成增加趋势;2015年基部各节间平均,FACE使穗后25 d节间大、小维管束个数降低4.5%*、4.7%+,而气腔个数增加8.8%。与茎杆基部节间维管束数相反,FACE水稻结实中期茎杆基部各节间大维管束面积、气腔面积均呈增加趋势:FACE使穗后25 d基部各节间大维管束面积和气腔面积的平均值分别增加12.5%+、27.3%*。综上所述,尽管高CO2浓度环境下超级稻籽粒产量显著增加,但植株的倒伏风险呈明显下降趋势,这与基部节间抗折力显著增加有关,后者又与节间横截面积和节间壁厚增加密切关联。方差分析表明,CO2处理与品种间互作对多数所测倒伏性状(某个或多个节间)有不同程度的互作效应。