東北地理所在小麥源庫動態響應CO2升高的調控機制方面取得進展
近年來全球大氣CO2增高的趨勢逐漸明晰，特別是今年5月11日位于夏威夷的莫納羅亞天文臺觀測到人類歷史上大氣CO2濃度再破新高，達到415 ppm。大氣CO2濃度增高對大田作物的產量和品質影響明顯，前期研究已發現大氣CO2增高顯著降低了小麥籽粒蛋白質和礦質元素含量，造成小麥品質變劣，不利于人類從谷物中獲取必需營養。目前如何通過農藝管理策略有效地調控未來CO2升高對小麥生產的影響仍不清楚。
東北地理所作物生理與栽培學科組圍繞大氣CO2增高與氮肥施用的互作效應對小麥源庫動態及產量形成的影響機制開展了研究，借助實驗室建立的歸一化碳代謝酶組學分析系統，分析了大氣CO2增高與氮素增施互作對小麥源庫器官碳代謝關鍵酶活性變化，并且研究了關鍵碳代謝酶活性動態與籽粒碳同化及產量間的關系。研究發現高CO2（800 ppm）提高了小麥旗葉的光合速率但是降低了其葉綠素含量。在作為“源”的葉片中，CO2增高降低了液泡反轉酶和細胞壁反轉酶活性；而提高氮的供給提升了葡糖異構酶活性，但是降低了果糖-1,6-二磷酸醛縮酶活性。作為“庫”的籽粒中參與淀粉合成通路中，磷酸葡萄糖變位酶活性因CO2增高而降低。在籽粒糖酵解通路中，磷酸果糖激酶活性未受到高CO2的影響，而果糖-1,6-二磷酸醛縮酶因高CO2而顯著升高。此外，高CO2下籽粒產量和干物質顯著增加，高氮供給進一步增加了高CO2濃度下小麥的籽粒數。研究表明氮素供給是通過調控源庫器官碳代謝進而影響小麥產量對CO2增高響應的關鍵因子，優化源庫關系可能是未來高CO2下小麥產量和品質提高的重要途徑。
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劉福來教授等合作完成。相關研究于2019年發表于Environmental and Experimental Botany上。研究得到了中國科學院人才計劃項目、丹麥Villum博士后基金、國家自然基金及國家重點研發項目資助。
圖1 CO2增高與氮素供給對小麥源庫器官碳代謝通路的影響
論文信息：
Li X*, Ulfat A, Shokat S, Liu S, Zhu X, Liu F*, Responses of carbohydrate metabolism enzymes in leaf and spike to CO 2 elevation and nitrogen fertilization and their relations to grain yield in wheat, Environmental and Experimental Botany (2019), 164, 149-156.
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