CO₂濃度升高對(duì)作物種子發(fā)芽的影響

鄭周瑩 彭顯鋒 王橋

摘 要 為研究大氣CO2濃度升高對(duì)作物子代種子發(fā)芽的影響，進(jìn)行了CO2濃度對(duì)比處理及發(fā)芽試驗(yàn)。結(jié)果表明，與對(duì)照相比，CO2濃度升高主要影響作物子代種子前期萌發(fā)率，小麥、水稻的萌發(fā)率降低，大豆和玉米的萌發(fā)率增加。因此，在未來CO2濃度升高的大環(huán)境下，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中種植小麥和水稻作物要增加播種量。

關(guān)鍵詞 作物種子;發(fā)芽;CO2濃度

中圖分類號(hào)：S33 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.11.002

水稻、小麥、玉米和大豆是我國的四大糧食作物，對(duì)于維系國家的穩(wěn)定和發(fā)展有著十分重要的意義，分析CO2濃度升高對(duì)4種作物的影響，對(duì)指導(dǎo)和規(guī)劃在全球氣候變化大背景下作物的生產(chǎn)和確保糧食安全具有重要的理論意義[1]。

CO2是綠色植物光合作用的重要原料，大氣CO2濃度是C3植物光合作用的限制因素之一，對(duì)植物生理生化過程有制約作用[2]。大氣中CO2濃度的不斷升高，不僅通過溫室效應(yīng)引起氣候變化對(duì)植物產(chǎn)生間接影響，而且還直接影響植物光合、生長發(fā)育和產(chǎn)量[3]。王云霞等研究表明，高濃度CO2會(huì)對(duì)干旱條件下C4作物生長和產(chǎn)量有影響[4]。作物的生長環(huán)境對(duì)收獲種子質(zhì)量產(chǎn)生影響進(jìn)而影響子代發(fā)芽情況。目前，國內(nèi)外對(duì)于CO2濃度升高環(huán)境下作物培育后的子代種子發(fā)芽情況研究較少，結(jié)合前人的研究結(jié)果，通過測(cè)定長期生活在高CO2濃度環(huán)境下的作物子代種子發(fā)芽情況，深入分析與探討其影響并為作物對(duì)高CO2濃度生長環(huán)境的響應(yīng)提供理論依據(jù)和制定相關(guān)措施提供數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及儀器

水稻、小麥、玉米和大豆對(duì)比處理后收獲種子，燒杯，玻璃棒，培養(yǎng)皿，濾紙等。

1.2 CO2濃度對(duì)比處理情況

CO2濃度對(duì)比處理試驗(yàn)在黑龍江省海倫市的中國科學(xué)院海倫農(nóng)業(yè)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行[5]。選取CO2增加定位試驗(yàn)中對(duì)照CO2濃度380 μmol·mol-1和CO2倍增處理濃度700 μmol·mol-1兩個(gè)處理，裂區(qū)種植水稻、小麥、玉米和大豆4種作物，成熟后收獲種子備用。

1.3 發(fā)芽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

對(duì)處理后（對(duì)照CO2濃度380 μmol·mol-1、CO2升高處理濃度700 μmol·mol-1）收獲的4種作物種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)[6]。每種作物試驗(yàn)組、對(duì)照組各6個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)100粒種子。分別放在100 mL燒杯中用蒸餾水清洗3次，接著將100 mL約50 ℃的蒸餾水用玻璃棒攪拌至室溫后定量加入，靜置24 h，將種子從浸出液中取出并用濾紙將其吸干。然后把種子轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)皿上放3層濾紙，將種子平鋪在濾紙上并加入適量蒸餾水，然后覆蓋3層濾紙，保持濾紙濕潤，防止水分散失過快，放在培養(yǎng)箱28 ℃條件下培養(yǎng)，每天8：00和20：00定時(shí)用蒸餾水清洗3次，培養(yǎng)7 d。

每天記錄出芽種子數(shù)，并觀察種子的出芽情況。

1.4 計(jì)算公式

發(fā)芽勢(shì)=（3 d發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%。

發(fā)芽率=（7 d發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%。

發(fā)芽指數(shù)GI=∑（Gt/Dt），式中Gt為在不同時(shí)間內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為對(duì)應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)。

2 結(jié)果與分析

CO2濃度對(duì)4種作物種子發(fā)芽的影響見表1所示。由表1可以看出，1）CO2濃度升高導(dǎo)致大豆、玉米子代種子發(fā)芽勢(shì)升高，小麥、水稻子代種子發(fā)芽勢(shì)下降;2）CO2濃度升高導(dǎo)致大豆、玉米子代種子發(fā)芽率升高，小麥、水稻子代種子發(fā)芽率下降;3）CO2濃度升高導(dǎo)致大豆子代種子發(fā)芽指數(shù)升高，小麥、水稻和玉米子代種子發(fā)芽指數(shù)下降。

3 討論

發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)是反映種子生長潛勢(shì)的重要指標(biāo)，種子活力的下降必然伴隨著發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的下降[7]。與對(duì)照相比，本研究中在CO2濃度升高環(huán)境下生長收獲的種子中，小麥的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)呈下降趨勢(shì)，水稻的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)有不同程度的降低，玉米的發(fā)芽指數(shù)降低。高厚玉等關(guān)于自由空氣中CO2濃度和溫度增高對(duì)水稻種子活力的影響研究結(jié)果表明，高CO2濃度使水稻武運(yùn)粳23子代種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均呈下降趨勢(shì)[8]。Saha等對(duì)于鷹嘴豆在CO2濃度升高處理下（580 μmol·mol-1）生長的子代種子發(fā)芽率降低了45%～47%，大氣CO2濃度上升減少了幼苗的田間出苗[9]。結(jié)合前人研究結(jié)果，在未來的氣候環(huán)境下，高濃度的CO2會(huì)使小麥和水稻的種子活力下降，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)。本研究中在CO2濃度升高的環(huán)境下，作物子代種子的發(fā)芽勢(shì)表明大豆和玉米有2.00%、0.50%的升幅，大豆和玉米子代種子的發(fā)芽率有一定的增加，在發(fā)芽指數(shù)中顯示，大豆有少許上升。從所得數(shù)據(jù)來看，大氣CO2濃度升高對(duì)大豆和玉米的子代種子萌發(fā)率并無明顯消極影響。

4 結(jié)論

大氣CO2濃度升高主要影響作物子代種子前期萌發(fā)率，小麥、水稻的萌發(fā)率降低，大豆和玉米的萌發(fā)率增加。且大氣CO2濃度升高增加大豆和玉米作物子代種子發(fā)芽，降低小麥和水稻作物子代種子發(fā)芽，因此在未來CO2濃度升高的大環(huán)境條件下，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中種植小麥和水稻作物要增加播種量，用于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

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（責(zé)任編輯：劉 昀）