模擬干旱半干旱地區(qū)溫度和CO2濃度升高對(duì)小麥鋅利用率的影響

＊方海旭

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730030）

模擬干旱半干旱地區(qū)溫度和CO2濃度升高對(duì)小麥鋅利用率的影響

＊方海旭

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730030）

兒童缺鋅以及全球范圍鋅缺乏是累及世界、倍受世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織關(guān)注的營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題。為了研究未來(lái)氣候變化對(duì)作物鋅吸收、遷移轉(zhuǎn)化的影響，我們?cè)谥袊?guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所定西干旱與生態(tài)試驗(yàn)基地，利用人工氣候室模擬氣候變化溫度與二氧化碳濃度升高的環(huán)境條件下，進(jìn)行了小麥植株細(xì)胞對(duì)鋅利用率的試驗(yàn)研究。結(jié)果顯示，隨著溫度和二氧化碳濃度的升高，小麥細(xì)胞中鋅的含量呈下降趨勢(shì)。

溫度；二氧化碳（CO2）；小麥；鋅

由于人類活動(dòng)的影響，主要包括石油、煤炭等化石燃料的燃燒，加劇了溫室氣體尤其是二氧化碳的排放，大氣二氧化碳濃度正逐步上升，目前空氣中的CO2濃度已從1800年的不到280μmol/mol上升到391μmol/mol，預(yù)測(cè)本世紀(jì)末最高將增至936μmol/mol。

小麥作為世界范圍內(nèi)的重要糧食作物之一，其對(duì)土壤中鋅的利用率關(guān)系了世界糧食產(chǎn)量問(wèn)題。目前，關(guān)于小麥對(duì)鋅的利用率的研究更為欠缺，因此研究大氣二氧化碳濃度及溫度升高對(duì)小麥幼苗對(duì)鋅的利用率的影響已成為一個(gè)重要的課題，這對(duì)研究人類健康具有重要的科學(xué)和實(shí)踐意義。

1.材料與方法

(1)試驗(yàn)基地概況。模擬試驗(yàn)在中國(guó)氣象局定西氣象研究所進(jìn)行。此地高山緊閉，屬于內(nèi)陸沙漠氣候，寒冷干旱，但日照充足，晝夜溫差大，春季多風(fēng)沙。年降雨量約380mm，且年內(nèi)分布不均。由于半干旱的氣候環(huán)境加之無(wú)灌溉水源，作物以小麥、玉米、馬鈴薯和豆類為主。

(2)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。模擬實(shí)驗(yàn)在人工氣候室中進(jìn)行。此人工氣候室由智能控制系統(tǒng)、自然通風(fēng)系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、二氧化碳補(bǔ)充系統(tǒng)、固定上噴系統(tǒng)以及加溫系統(tǒng)等組成。運(yùn)行過(guò)程中智能控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)各子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)控操作，使CO2濃度和溫度等氣候條件維持在試驗(yàn)所需的水平。

本試驗(yàn)，主要依靠自然通風(fēng)系統(tǒng)、二氧化碳補(bǔ)給系統(tǒng)等，分別在3個(gè)人工氣候室設(shè)定1℃、2℃、3℃的升溫處理及50μmol/mol、100μmol/mol、150μmol/mol的CO2濃度增高處理，分別將3個(gè)氣候室中的氣候條件設(shè)為“K1”、“K2”、“K3”，將室外的氣候條件設(shè)為“K0”。

(3)試驗(yàn)材料。主要種植的小麥品種西夏1號(hào)作為試驗(yàn)對(duì)象。進(jìn)行試驗(yàn)處理和分析測(cè)試的主要化學(xué)試劑：碘化鉀，硼酸，硫酸錳，鉬酸鈉，硫酸銅，硫酸鋅，氫氧化鉀，鹽酸，Tris-HC緩沖液，蔗糖溶液，二硫赤蘚糖醇，硝酸，過(guò)氧化氫等。以上試劑均在分析純以上。

所用儀器主要有：SPAD502葉綠素測(cè)定儀（美國(guó)產(chǎn)）、LI-6400XT便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)（美國(guó)產(chǎn)）、及其它常規(guī)儀器燒杯、玻璃棒、容量瓶（50mL，250mL）、滴管、電子天平(AR224CN)、藥匙、量筒、酸度計(jì)、離心機(jī)（TD5G）和塑料盆等。

2.實(shí)驗(yàn)部分

(1)試驗(yàn)處理。將小麥種子于適宜環(huán)境中，經(jīng)過(guò)30%H2O2消毒并催芽后，種在酸洗石英砂中。大概3-4天出苗后，取生長(zhǎng)基本一致的幼苗，在霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液中使用容積為2L的塑料盆培養(yǎng)，每盆栽8株小麥幼苗，每個(gè)氣候條件下各培養(yǎng)4盆，每3天換1次營(yíng)養(yǎng)液。

(2)小麥對(duì)鋅的吸收試驗(yàn)。9天后向營(yíng)養(yǎng)液中添加硫酸鋅，設(shè)置2個(gè)處理：低鋅：[Zn2+]10μg/L；高鋅：[Zn2+]50μg/L，將室外及三個(gè)氣候室內(nèi)這四個(gè)氣候條件分別設(shè)置低鋅濃度和高鋅濃度。每個(gè)人工氣候室相互隔離，向兩個(gè)培養(yǎng)盤的營(yíng)養(yǎng)液中添加低鋅處理液，另外兩個(gè)培養(yǎng)盤的營(yíng)養(yǎng)液中添加高鋅處理液。依舊3天換一次培養(yǎng)液，如此重復(fù)四次。培養(yǎng)21天后，小麥幼苗用去離子水洗浸泡2分鐘，在不含鋅的吸收液中平衡30分鐘后分別取出根和葉片樣品。

3.結(jié)果與分析

圖1 二氧化碳濃度與溫度協(xié)同升高條件下小麥幼苗Zn的含量

氣候變化溫度和二氧化碳濃度升高環(huán)境條件下，小麥幼苗對(duì)Zn的吸收量的變化如圖1。與對(duì)照組比較，溫度和二氧化碳濃度升高環(huán)境條件下，無(wú)論低鋅處理還是高鋅處理的小麥幼苗中，Zn的富集水平都顯著降低。

表1 小麥根、葉中鋅的含量

圖2 低鋅處理下小麥幼苗葉與根部Zn的含量

圖3 高鋅處理下小麥幼苗葉與根部Zn的含量

低鋅（Zn10）處理下，C1、C2、C3氣候條件下的小麥幼苗葉片細(xì)胞中的Z n的含量與對(duì)照組K 0相比，分別降低了24．4%，41．3%，43．6%，呈現(xiàn)出連續(xù)的下降趨勢(shì)，但是C0、C1、C 2的氣候變化下，含量變化較大，C2-C3的氣候變化下，變化趨于平緩；而根部細(xì)胞中Zn的含量與對(duì)照組相比，分別下降了41．8%，41．9%，41．0%，C0-C1鋅含量變化大，C1、C2、C3之間變化量?。ㄒ?jiàn)圖2）。高鋅(Zn50)處理下，C1、C2、C3氣候條件下的小麥幼苗葉片細(xì)胞中的Zn的含量與對(duì)照組K0相比，分別降低了30．9%，42．9%，29．1%，C1與C2中連續(xù)下降，C3中Zn含量有所回升，但依然低于C0對(duì)照組；而根部細(xì)胞中的Zn的含量與對(duì)照組相比，分別下降了48．1%，47．7%，29．1%，同樣是C3中的含量有所回升（見(jiàn)圖3）

4.結(jié)論

人為降低小麥生長(zhǎng)空間的二氧化碳濃度，適當(dāng)提高溫度和增加土壤中鋅的含量，能夠提高小麥幼苗對(duì)Zn的利用率。對(duì)比各氣候條件下根與葉子中Zn含量，發(fā)現(xiàn)葉子中Zn含量大于根中Zn含量。這個(gè)結(jié)果與王云霞等研究的鋅處理下小麥Zn含量最高的部位的結(jié)論一致。

[1]景立權(quán),賴上坤,王云霞等．大氣CO2濃度和溫度互作對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J]．生態(tài)學(xué)報(bào),DOI:10．5846/stxb201412272588．2016．7．

[2]李裕,張強(qiáng),王潤(rùn)元等．氣候變暖對(duì)春小麥籽粒痕量元素利用率的影響[J]．農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)報(bào),2011,27(12):96-102．

(責(zé)任編輯：李田田)

Simulation of Arid and Semi-arid Region Temperature and the Influence of CO2Concentration Increase on Wheat Zinc Utilization

Fang Haixu

(School of Chemical Engineering, Northwest University for Nationalities, Gansu, 730030)

Zinc defciency in children and zinc defciency around the world is the nutrition-concerned problem involving the world and attracting the attention of world health organization and UNFAO. In order to study the infuence of future climatic change on the zinc absorption, migration and variation, we have taken experimental study of the infuence of wheat plant cell on zinc utilization in the Dingxi Arid and Ecological Experiment Base, Institute of Arid Meteorology of Lanzhou, China Meteorological Administration under the environmental condition of simulating the temperature changing and CO2concentration increase in manual phytotron. The result has shown that along with the increase of temperature and CO2concentration, the zinc content in wheat presents the tendency of decrease.

temperature；carbon dioxide(CO2)；wheat；zinc

T < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A

方海旭（1994～)，女，西北民族大學(xué)化工學(xué)院 ；研究方向：環(huán)境工程農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究。