【摘要】【目的】探究不同类型水稻品种物质生产响应大气CO_2浓度升高和氮素营养的综合响应差异及其生理机制。【方法】以产量和物质生产对CO_2浓度升高响应有明显差异的水稻品种两优培九（LY）和南粳9108(NJ)为材料，在人工气候室进行水培试验。分别设置对照CO_2浓度（A-CO_2,400μmol·mol~(-1)）和CO_2浓度升高（E-CO_2,600μmol·mol~(-1)）两个CO_2处理，高氮（HN,1.25 mmol·L~(-1) NH_4NO_3）和低氮（LN,0.25 mmol·L~(-1) NH_4NO_3）两个氮水平。分析CO_2浓度升高对不同水稻品种根系形态与生理活性、叶片和根系中细胞分裂素（CTKs）含量、氮素同化酶活性、叶片生理特性、光合参数以及干物质积累的影响差异。【结果】（1）E-CO_2显著增加了LY总冠根数、总根长（LN水平除外）、总根表面积和平均直径，提高其根系呼吸速率和维持较高的根系氧化力，而对NJ无显著影响或表现相反；（2）无论氮水平如何，E-CO_2显著提高了LY叶片和根系CTKs含量，但显著降低了HN水平下NJ根系中玉米素核苷（ZR）含量；（3）在LN水平下，E-CO_2显著提高了LY叶片GOGAT、GDH活性，显著降低了NJ叶片NR活性。在HN水平下，LY氮同化酶活性在E-CO_2条件下都表现为提高，NJ仅NR活性提高；（4）在LN水平下，E-CO_2使得LY和NJ净光合速率（P_n）分别提高了28.0%和29.4%。在HN水平下，两品种分别提高了41.0%和28.1%。LY光合响应大幅度提高归因于叶片最大羧化效率（V_(c,max)）、最大光合电子传递效率（J_(max)）、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶（Rubisco）含量、叶绿素含量、叶片氮含量等显著提高；（5）E-CO_2显著增加了不同氮水平下LY单株叶面积，对NJ无显著影响；（6）E-CO_2显著增加了LY各器官及总生物量，且HN水平增幅明显大于LN水平。E-CO_2并未显著影响不同氮水平下NJ的总生物量，显著降低了HN水平下NJ地下部生物量（-16.7%）。【结论】无论在HN还是LN水平下，LY物质生产和生理特征对E-CO_2的响应幅度与NJ相比更高。生育前期LY较优的根系形态性状和根系活力、较高的CTKs含量、较强的氮素同化能力、较大的绿叶面积以及光合响应能力是其干物质生产对E-CO_2响应幅度较高的重要原因。