東北地理所在小麥籽粒微生物與品質響應大氣CO2升高研究中取得進展
大氣中CO2濃度從工業革命前的280 μmol L-1增加到了2019年的409.8 μmol L-1，預計在2100年上升至900 μmol mol-1左右。大氣CO2濃度升高會直接影響小麥碳氮代謝和籽粒化學成分，從而顯著影響小麥籽粒品質。植物內生微生物在作物響應氣候變化方面起了關鍵作用，微生物種類、豐度的改變與寄主植物生長發育密切相關。籽粒內生菌多樣性對植物的環境響應能力和生產力具有重要影響。然而，在未來大氣CO2升高的環境條件下，籽粒內生微生物多樣性與小麥的品質形成之間的關系仍未可知。為此，東北地理所科研人員將小麥連續5代進行高CO2濃度處理后收獲籽粒，分析了小麥籽粒品質與籽粒內生微生物多樣性之間的關系。
研究結果表明，在多代高CO2濃度條件下，籽粒內生微生物通過調節籽粒中淀粉、氮代謝及次生代謝等過程調控小麥籽粒淀粉和蛋白品質。與正常CO2濃度對照相比，多代高CO2濃度下生長的小麥籽粒淀粉含量顯著升高而蛋白含量降低，同時籽粒氨基酸含量也發生了顯著變化。對于連續多代高CO2濃度條件下生長的小麥，籽粒中細菌和真菌的優勢菌屬均發生了顯著改變，細菌以Pseudomonas、Rhodococcus、Ralstonia、Klebsiella為優勢菌屬，真菌則以Penicillium、Cutaneotrichosporon、Fusarium、Sarocladium、Acremonium、Aspergillus為優勢菌屬。蛋白和淀粉含量比與Pseudomonas、Penicillium均呈現顯著正相關關系，說明連續多代高CO2濃度誘導的內生細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改變密切相關。因此，在研究未來氣候變化對作物品質的影響時，需進一步考慮作物內生菌多樣性所發揮的作用。
研究成果發表于Science of The Total Environment。由作物生理與栽培學科組姜淼（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劉福來教授等共同完成。研究得到了國家重點研發計劃、泰山學者項目、國家優秀青年基金等項目資助。
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響應大氣CO2升高相互作用總結圖
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