東北地理所在CO2升高對(duì)小麥抗逆性和品質(zhì)的影響機(jī)制方面取得進(jìn)展
近年來(lái)大氣CO2增高對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響逐漸受到關(guān)注，小麥等大田作物在生育期內(nèi)會(huì)遭遇多種氣象災(zāi)害，特別是發(fā)生于生育后期的水分及溫度脅迫嚴(yán)重影響了小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)形成，關(guān)于大氣CO2增高對(duì)小麥抗旱性等的影響是國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。而大氣CO2增高是一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)存在的過(guò)程，勢(shì)必對(duì)小麥連續(xù)多代的生長(zhǎng)和籽粒產(chǎn)量及品質(zhì)產(chǎn)生累積效應(yīng)。
東北地理所作物生理與栽培學(xué)科組圍繞大氣CO2增高對(duì)小麥的抗逆性及品質(zhì)的影響機(jī)制，系統(tǒng)分析了大氣CO2增高與高溫、干旱、凍害等非生物脅迫間的互作對(duì)小麥植株水分狀況及產(chǎn)量的影響，并且研究了連續(xù)四代大氣CO2增高影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)形成的生理機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)開(kāi)花前CO2增高導(dǎo)致植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)期碳同化增加，其加重了抽穗期低溫脅迫對(duì)小麥的不利影響，而灌漿期的CO2增高則利于緩解低溫脅迫造成的小麥減產(chǎn)。全生育期CO2增高與花后高溫干旱均導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度、葉水勢(shì)等顯著降低，并且影響了葉片和穗中的脫落酸含量，CO2增高對(duì)高溫干旱雙重脅迫的緩解主要表現(xiàn)在穗粒數(shù)和粒重的保持上。此外，連續(xù)多代CO2增高嚴(yán)重導(dǎo)致籽粒氮、鉀、鈣等元素、谷蛋白大聚合體及氨基酸含量的顯著降低，表現(xiàn)出籽粒品質(zhì)變劣的趨勢(shì)，研究結(jié)果表明單代或短期的CO2增高研究結(jié)果不足以估測(cè)大氣CO2增高對(duì)作物產(chǎn)量品質(zhì)影響的長(zhǎng)期效應(yīng)。
該系列研究由東北地理所李向楠研究員（第一和通訊作者）與海外特聘研究員丹麥哥本哈根大學(xué)劉福來(lái)教授等合作完成。相關(guān)研究于2019年發(fā)表于Environmental and Experimental Botany和Journal of Agronomy and Crop Science上。研究得到了丹麥Villum博士后基金、國(guó)家自然基金及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目資助。
圖1 不同生育期大氣CO2增高對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量的影響
圖2 連續(xù)四代大氣CO2增高對(duì)小麥籽粒氮及礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量的影響
論文信息：
Li X, Khan A, Lv Z, Fang L, Jiang D, Liu F (2019) Effect of multigenerational exposure to elevated atmospheric CO2 concentration on grain quality in wheat. Environmental and Experimental Botany 157: 310-319.
Li X, Li Y, Zhu X, Liu S, Liu F (2019) Modulation of photosynthate supply by CO2 elevation affects the post-head-emergence frost-induced grain yield loss in wheat. Journal of Agronomy and Crop Science 205: 54-64. doi: 10.1111/jac.12304.
Li X, Kristiansen K, Rosenqvist E, Liu F (2019) Elevated CO2 modulates the effects of drought and heat stress on plant water relations and grain yield in wheat. Journal of Agronomy and Crop Science. DOI: 10.1111/jac.12330.
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