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)