水稻是世界上最主要的粮食作物之一,全世界约50%以上的人口以稻米为主食。由于人口的刚性增长和耕地面积、资源等因素的限制,保障我国粮食安全提高粮食总产的主要技术途径在于大幅度提高水稻等粮食作物的单产。通过高产育种、合理的水肥管理和栽培措施等,水稻冠层对光能的吸收效率和收获指数已逐渐接近理论的上限。试图通过优化上述的途径已很难突破现有品种的产量潜力,因此,提高光能利用效率是大幅度提高作物产量的有效途径。在自然条件下,由于太阳方位的改变、云层遮挡、上部叶片或相邻叶片的遮挡,使得植物叶片表面接受到的光强变化非常复杂,造成了大量的碳损失和不必要的水分的浪费。阐明水稻光合作用对光强波动的响应机理及其在波动光下的水分利用策略,将对未来水稻高光效育种提供理论指导。根据以上的研究目的,本研究的内容主要包括了以下5个部分:（1）稳态气体交换参数与动态气体交换参数之间的关系;（2）气孔形态特征如何影响水稻气体交换参数对光强波动的响应,从而影响植株生物量的积累;（3）不同水稻品种光合作用响应光强波动的关键限制因素;（4）水分亏缺处理对水稻光合作用响应光强波动的影响及机理;（5）不同供氮水平对水稻光合作用响应光强波动的影响及机理。主要的结果如下:1.不同水稻品种稳态气体交换参数和动态气体交换参数存在显著的差异,稳态气孔导度在10个水稻品种间的变异范围达0.09 mol m-2 s-1到0.28 mol m-2 s-1(gsi)以及0.46 mol m-2 s-1到0.88 mol m-2 s-1(gsf),稳态光合速率在10个水稻品种间的变异范围达4.36mmol m-2 s-1到7.88mmol m-2 s-1（Ai）以及24.7mmol m-2 s-1到34.0mmol m-2 s-1（Af）;气孔导度对光强变化的响应速率在10个水稻品种间的变异范围达134 s到434 s(P90g),以及光合速率对光强变化响应速率的变异范围达224 s到307 s(P90A);稳态与动态气体交换参数并没有明显的相关性,往后更多地研究可能需要关注叶片或植株气体交换参数在波动光环境下的动态响应过程。2.不同水稻品种气孔形态特征存在显著的差异,气孔大小的变异范围达224-491mm~2,气孔密度的变异范围达252 mm-2-730 mm-2;气孔越小、密度越大,越有利于促进气孔导度和光合作用对光强波动的响应,但也降低了叶片的水分利用效率;气孔导度和光合作用对光强变化的响应速率与植株生物量的积累有较好的相关性,响应速率越快,植株生物量越大。3.相比于二倍体水稻,四倍体水稻气孔更大、密度更小;稳态光下,四倍体水稻和二倍体水稻光合速率和气孔导度无明显差异,而波动光下,四倍体水稻气孔导度和光合作用的响应速率显著慢于二倍体水稻;进一步分析发现四倍体水稻和二倍体水稻生化反应过程对光强变化的响应速率并没有差异,因此,气孔的打开是限制水稻光合作用响应光强变化的主要因素。4.在正常水分状态下,四倍体水稻气孔导度和光合作用对光强波动的响应速率显著慢于二倍体水稻,而在水分亏缺处理下,四倍体和二倍体水稻光合作用对光强波动的响应速率无明显差异;水分亏缺处理显著提高了四倍体水稻气孔的密度,降低了气孔面积,加快了四倍体水稻气孔导度和光合作用对光强变化的响应速率,但对二倍体水稻影响较小,此外,气孔的打开是限制水分亏缺处理下光合作用响应光强波动的主要因素;在稳态光下,水分亏缺处理显著降低了二倍体水稻的气孔导度和光合速率,但对四倍体水稻气体交换参数的影响较小,因此,相比于二倍体水稻,四倍体水稻在干旱胁迫下具有更高的碳同化效率。5.增施氮肥显著提高了水稻在稳态光和波动光下的光合作用效率,从而促进了植株生物量的积累;随着施氮量增加,水稻叶片气体扩散、生化反应过程以及光合作用对光强变化的响应速率均显著增加,而限制分析的结果表明,生化反应过程是限制不同供氮水平下水稻光合作用诱导的主要因素。