東北地理所在小麥籽粒微生物與品質(zhì)響應(yīng)大氣CO2升高研究中取得進(jìn)展
大氣中CO2濃度從工業(yè)革命前的280 μmol L-1增加到了2019年的409.8 μmol L-1，預(yù)計(jì)在2100年上升至900 μmol mol-1左右。大氣CO2濃度升高會(huì)直接影響小麥碳氮代謝和籽粒化學(xué)成分，從而顯著影響小麥籽粒品質(zhì)。植物內(nèi)生微生物在作物響應(yīng)氣候變化方面起了關(guān)鍵作用，微生物種類、豐度的改變與寄主植物生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)。籽粒內(nèi)生菌多樣性對(duì)植物的環(huán)境響應(yīng)能力和生產(chǎn)力具有重要影響。然而，在未來(lái)大氣CO2升高的環(huán)境條件下，籽粒內(nèi)生微生物多樣性與小麥的品質(zhì)形成之間的關(guān)系仍未可知。為此，東北地理所科研人員將小麥連續(xù)5代進(jìn)行高CO2濃度處理后收獲籽粒，分析了小麥籽粒品質(zhì)與籽粒內(nèi)生微生物多樣性之間的關(guān)系。
研究結(jié)果表明，在多代高CO2濃度條件下，籽粒內(nèi)生微生物通過(guò)調(diào)節(jié)籽粒中淀粉、氮代謝及次生代謝等過(guò)程調(diào)控小麥籽粒淀粉和蛋白品質(zhì)。與正常CO2濃度對(duì)照相比，多代高CO2濃度下生長(zhǎng)的小麥籽粒淀粉含量顯著升高而蛋白含量降低，同時(shí)籽粒氨基酸含量也發(fā)生了顯著變化。對(duì)于連續(xù)多代高CO2濃度條件下生長(zhǎng)的小麥，籽粒中細(xì)菌和真菌的優(yōu)勢(shì)菌屬均發(fā)生了顯著改變，細(xì)菌以Pseudomonas、Rhodococcus、Ralstonia、Klebsiella為優(yōu)勢(shì)菌屬，真菌則以Penicillium、Cutaneotrichosporon、Fusarium、Sarocladium、Acremonium、Aspergillus為優(yōu)勢(shì)菌屬。蛋白和淀粉含量比與Pseudomonas、Penicillium均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明連續(xù)多代高CO2濃度誘導(dǎo)的內(nèi)生細(xì)菌和真菌多樣性和功能的變化與小麥籽粒淀粉和蛋白品質(zhì)改變密切相關(guān)。因此，在研究未來(lái)氣候變化對(duì)作物品質(zhì)的影響時(shí)，需進(jìn)一步考慮作物內(nèi)生菌多樣性所發(fā)揮的作用。
研究成果發(fā)表于Science of The Total Environment。由作物生理與栽培學(xué)科組姜淼（第一作者）、李向楠研究員（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)教授等共同完成。研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、泰山學(xué)者項(xiàng)目、國(guó)家優(yōu)秀青年基金等項(xiàng)目資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146029
圖1 小麥籽粒微生物與品質(zhì)響應(yīng)大氣CO2升高相互作用總結(jié)圖
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