《分子特征显示植物正在适应大气中二氧化碳含量的增长》

  • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
  • 编译者: 徐倩
  • 发布时间:2017-11-28
  • 研究显示,大气中CO2含量在不断攀升。本世纪头10年碳排放量比上世纪90年代增长更快,2013年CO2浓度更是达到有历史记录以来最高值400PPM。CO2含量的增长在短期内可以促进光合作用,刺激植物生长,提高粮食产量,但由于很难在现有环境中找到暴露在未来气候条件中的植物,所以目前很少有关于CO2增加对多世代植物产生长期影响的深入研究,更没有在分子特征层面对这种适应性进行研究的成果报道。

    《全球变迁生物学》(Global Change Biology)2016年8月19日刊载了南安普顿大学Gail Taylor研究团队最新研究成果:植物正在适应大气中CO2浓度的上升。该研究还深入分析了CO2持续增加的长期影响,以及对全球粮食安全和自然资源保护的影响。该项目受到欧盟第七框架计划研究项目(FP7)资助,也是生态系统研究实验(EXPEER)、英国全国环境研究委员会(NERC)以及英国文化协会(British Council)联合研究项目的一部分。

    研究人员利用一个独特的实验源——“天然高浓度CO2泉”(naturally high CO2 springs)来模拟未来气候环境,这个区域里的植物已经在高浓度CO2环境中生长了上百年并存活了多个世代。研究人员选取了意大利波索勒陀(Bossoleto)CO2泉的长叶车前,将其分子特征与附近对照组(当前气候环境)的同种植物进行比对,发现二者在数百个基因表达上存在显著差异。将两个区域中采集的植物放在同一环境中,来自CO2泉区域的植物植株更大,光合作用效率更高。最有趣的一项发现是,植物在代表着未来气候环境的“CO2泉”中生存几代后叶片表面的气孔会增多(气孔会控制光合作用中CO2吸入量和水分散失量)。研究人员预测植物气孔数量最终将有所下降,这和过去在地质时间尺度上对植物化石的研究结果是一致的。

    目前的实验结果表明,经过多代进化,植物将以难以预料的方式适应未来高CO2浓度。摆在我们面前的紧要问题是:我们必须掌握粮食作物面对气候变化将会如何演变进化?地球绿化是否会继续下去?这对全球自然保护将产生什么影响?

    (编译 徐倩)

相关报告
  • 《全球植物生长与二氧化碳一起激增》

    • 来源专题:农业立体污染防治
    • 编译者:金慧敏
    • 发布时间:2017-04-26
    • 大气中微量气体中的一种痕量气体正在帮助科学家回答最大的问题之一:植物的生长随着大气中二氧化碳含量的升高而增加吗?在“自然”杂志4月6日刊发的一项新研究表明,自20世纪初以来,燃烧化石燃料的二氧化碳排放量有所增加,世界各地的工厂正在利用30%的二氧化碳,刺激植物成长。 2007年,美国国家海洋和大气局科学家斯蒂芬·蒙茨卡(Stephen Montzka)写了一篇关键文章,指出痕量气体羰基硫化物是评估二氧化碳植物生长过程中多少CO2吸收量的关键。最近,蒙茨卡参与的加州大学摩萨德分校等联合科学家团队针对南极积雪堆积的空气进行测量,评估了5万4千年的大气羰基硫化物记录。科学家发现了一个来自生物圈的巨大变化的信号。正在进行的NOAA抽样和分析被困在南极冰芯中的空气,使得科学家们能够估算过去100年中硫化氢的植物消耗量变化,然后计算二氧化碳排放量。该研究提供了第一个真正的全球估计,植物“二氧化碳”在其组织中如“叶”,以应对气体在过去一个世纪的浓度增加。蒙茨卡认为跟踪大气羰基硫(COS)将有助于科学家监测二氧化碳排放量增加时碳排放量从大气中排出多少。 论文信息:Large historical growth in global terrestrial gross primary production Nature 544, 84–87 (06 April 2017) doi:10.1038/nature22030
  • 《山地侵蚀会增加大气中二氧化碳的排放》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:mall
    • 发布时间:2018-05-11
    • 通常认为,陡峭的山脉可以从大气中吸收CO2。随着侵蚀作用的发生,新岩石不断暴露,岩石中的矿物质和空气中的CO2发生化学反应,即风化作用,并利用CO2来产生如方解石等的碳酸盐矿物。 然而,伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)的科学家们开展的新研究否认了这一说法。研究人员于4月12日在《科学》(Science)上发表的一篇论文认为,侵蚀作用的不断进行也能产生新的CO2气体,并能将其释放到大气中,且速度远远快于被新暴露的岩石吸收的速度。 论文的第一作者、哈佛大学博士后研究员Jordon Hemingway提到,这一结论与前期的假设相反,多山脉意味着多侵蚀、风化和CO2。 这种额外的CO2来源并不完全是地质意义上的,它也是山区土壤中微生物的副产品,它们“消耗”了岩石中的有机碳,当微生物新陈代谢时便会排出CO2。研究人员通过研究世界上最易受侵蚀的山脉之一的台湾中心山脉后,才意识到这一点。这种陡峭的山脉每年都被三次以上的台风袭击,且均是通过强降雨和大风来机械地侵蚀土壤和岩石。 Jordon和他的同事们研究了取自中心山脉的土壤、基岩和河流沉积物的样本,意在探寻样本中有机碳的迹象,而得到的结果又让他们大吃一惊:最底层的土壤基本没有风化的岩石,但会看到岩石松动,但还没有完全破碎,这说明基岩上的有机碳已经完全消失了。 WHOI海洋地球化学家Valier Galy提到,目前还不知道这是由哪种细菌作用的结果,还需要基因组学、宏基因组学和其他微生物学工具的帮助。这也是他们下一步的研究方向。值得注意的是,这些微生物释放的CO2量,不足以对气候变化产生任何直接影响,且释放CO2的过程发生在较长的地质时间尺度上。WHOI团队的研究可能会让我们更好地了解基于山脉(岩石圈)的碳循环过程。 (刘思青 编译)