東北地理所研究揭示長期升高大氣CO2濃度提高大豆籽粒產量并重塑脂肪酸組成
大氣二氧化碳（CO2）濃度持續升高是全球氣候變化的重要特征。大豆作為典型C?作物，其光合作用和產量通常對升高CO2表現出積極響應。然而，新增同化碳如何在籽粒不同儲藏物質間分配，特別是能否促進脂質積累并重塑脂肪酸組成，仍缺乏長期連續試驗的系統認識。已有研究多基于單個或少數生長季，且不同品種和年份間響應差異較大，限制了對未來高CO2環境下大豆產量與品質協同變化的準確預判。
針對這一問題，中國科學院東北地理與農業生態研究所科研團隊依托開頂式氣室（OTC），以東生1號和綏農14兩個東北主栽大豆品種為材料，開展連續4年的CO2濃度升高試驗。試驗設置環境CO2（約400ppm）和升高CO2（約700ppm）兩個處理，系統測定了籽粒產量、粗脂肪含量、油脂產量及主要脂肪酸組成，并評價不飽和脂肪酸/飽和脂肪酸（UFA/SFA）、油酸/亞油酸及ω-6/ω-3等油脂品質指標的長期響應。研究發現，大氣CO2濃度升高對大豆籽粒產量具有較為穩定的促進作用。連續4年中，兩個大豆品種籽粒產量提高18%—54%，平均增幅達到31%；隨著籽粒產量增加，籽粒油脂產量（g/株）平均提高約32%。然而，粗脂肪含量并未表現出穩定增加，不同品種和年份間存在增加、降低或無顯著變化等多樣化響應（圖1）。這表明，未來大氣CO2濃度升高可能主要通過促進籽粒生物量形成來提高大豆油脂總產量，而不一定同步提高單位籽粒中的油脂濃度。
圖1 大氣CO2濃度升高對大豆籽粒產量、油脂產量及粗脂肪含量的影響
進一步分析表明，大氣CO2濃度升高雖未改變大豆油脂的基本脂肪酸組成，但顯著調整了不同脂肪酸的相對比例。總體而言，飽和脂肪酸趨于下降，UFA/SFA比值提高1.9%—6.0%；而油酸/亞油酸和ω-6/ω-3比值表現出明顯的品種和年際差異（圖2）。上述結果表明，大氣CO2濃度升高對大豆增產效應相對穩定，但對油脂品質的影響更具品種和年份依賴性。該研究基于連續4年試驗揭示，大氣CO2濃度升高主要通過提高籽粒產量來增加油脂產量，雖未穩定提高粗脂肪含量，卻顯著重塑了脂肪酸組成。這一發現表明，評估未來高CO2環境下大豆生產潛力，不僅要關注增產效應，還需綜合考慮油脂組成和品質變化，為氣候變化背景下大豆品種篩選和品質改良提供科學依據。
圖2 大氣CO2濃度升高對大豆籽粒主要脂肪酸組成及其響應特征的影響
該成果近期發表于國際期刊Plant Physiology and Biochemistry（IF=6.2）。研究由農田分子生態學科組已畢業碩士研究生汪妍（第一作者），李彥生項目研究員（通訊作者）等共同完成。研究得到國家自然科學基金（32172123）、中國科學院戰略性先導科技專項（XDA28100200）、中國科學院國際伙伴計劃（131323KYSB20210004）和黑龍江省科技創新基地獎勵計劃（JD24A012）的共同資助。
論文信息：
Yan Wang, Jinyuan Zhang, Zhenhua Yu, Changkai Liu, Yanfeng Hu, Xiaojing Hu, Qiuying Zhang, Jian Jin, Yansheng Li*. Four-year elevated atmospheric CO2 increases soybean seed yield and reshapes fatty acid composition without consistently altering crude oil content. Plant Physiology and Biochemistry, 238 (2026), 111664.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2026.111664
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