近年来全球大气CO₂增高的趋势逐渐明晰，特别是今年5月11日位于夏威夷的莫纳罗亚天文台观测到人类历史上大气CO₂浓度再破新高，达到415 ppm。大气CO₂浓度增高对大田作物的产量和品质影响明显，前期研究已发现大气CO₂增高显著降低了小麦籽粒蛋白质和矿质元素含量，造成小麦品质变劣，不利于人类从谷物中获取必需营养。目前如何通过农艺管理策略有效地调控未来CO₂升高对小麦生产的影响仍不清楚。 

　　东北地理所作物生理与栽培学科组围绕大气CO₂增高与氮肥施用的互作效应对小麦源库动态及产量形成的影响机制开展了研究，借助实验室建立的归一化碳代谢酶组学分析系统，分析了大气CO₂增高与氮素增施互作对小麦源库器官碳代谢关键酶活性变化，并且研究了关键碳代谢酶活性动态与籽粒碳同化及产量间的关系。研究发现高CO₂（800 ppm）提高了小麦旗叶的光合速率但是降低了其叶绿素含量。在作为“源”的叶片中，CO₂增高降低了液泡反转酶和细胞壁反转酶活性；而提高氮的供给提升了葡糖异构酶活性，但是降低了果糖-1,6-二磷酸醛缩酶活性。作为“库”的籽粒中参与淀粉合成通路中，磷酸葡萄糖变位酶活性因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的影响，而果糖-1,6-二磷酸醛缩酶因高CO₂而显著升高。此外，高CO₂下籽粒产量和干物质显著增加，高氮供给进一步增加了高CO₂浓度下小麦的籽粒数。研究表明氮素供给是通过调控源库器官碳代谢进而影响小麦产量对CO₂增高响应的关键因子，优化源库关系可能是未来高CO₂下小麦产量和品质提高的重要途径。 

　　该系列研究由东北地理所李向楠研究员（第一和通讯作者）与海外特聘研究员丹麦哥本哈根大学刘福来教授等合作完成。相关研究于2019年发表于Environmental and Experimental Botany上。研究得到了中国科学院人才计划项目、丹麦Villum博士后基金、国家自然基金及国家重点研发项目资助。 

图1 CO₂增高与氮素供给对小麦源库器官碳代谢通路的影响 

　　论文信息： 

　　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.