模擬干旱半干旱地區溫度和CO2濃度升高對小麥鋅利用率的影響

＊方海旭

（西北民族大學化工學院 甘肅 730030）

模擬干旱半干旱地區溫度和CO2濃度升高對小麥鋅利用率的影響

＊方海旭

（西北民族大學化工學院 甘肅 730030）

兒童缺鋅以及全球范圍鋅缺乏是累及世界、倍受世界衛生組織和聯合國糧農組織關注的營養問題。為了研究未來氣候變化對作物鋅吸收、遷移轉化的影響，我們在中國氣象局蘭州干旱氣象研究所定西干旱與生態試驗基地，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境條件下，進行了小麥植株細胞對鋅利用率的試驗研究。結果顯示，隨著溫度和二氧化碳濃度的升高，小麥細胞中鋅的含量呈下降趨勢。

溫度；二氧化碳（CO2）；小麥；鋅

由于人類活動的影響，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，預測本世紀末最高將增至936μmol/mol。

小麥作為世界范圍內的重要糧食作物之一，其對土壤中鋅的利用率關系了世界糧食產量問題。目前，關于小麥對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小麥幼苗對鋅的利用率的影響已成為一個重要的課題，這對研究人類健康具有重要的科學和實踐意義。

1.材料與方法

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

(2)試驗設計。模擬實驗在人工氣候室中進行。此人工氣候室由智能控制系統、自然通風系統、灌溉系統、二氧化碳補充系統、固定上噴系統以及加溫系統等組成。運行過程中智能控制系統通過對各子系統的遠程調控操作，使CO2濃度和溫度等氣候條件維持在試驗所需的水平。

本試驗，主要依靠自然通風系統、二氧化碳補給系統等，分別在3個人工氣候室設定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個氣候室中的氣候條件設為“K1”、“K2”、“K3”，將室外的氣候條件設為“K0”。

(3)試驗材料。主要種植的小麥品種西夏1號作為試驗對象。進行試驗處理和分析測試的主要化學試劑：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葉綠素測定儀（美國產）、LI-6400XT便攜式光合作用測量系統（美國產）、及其它常規儀器燒杯、玻璃棒、容量瓶（50mL，250mL）、滴管、電子天平(AR224CN)、藥匙、量筒、酸度計、離心機（TD5G）和塑料盆等。

2.實驗部分

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

(2)小麥對鋅的吸收試驗。9天后向營養液中添加硫酸鋅，設置2個處理：低鋅：[Zn2+]10μg/L；高鋅：[Zn2+]50μg/L，將室外及三個氣候室內這四個氣候條件分別設置低鋅濃度和高鋅濃度。每個人工氣候室相互隔離，向兩個培養盤的營養液中添加低鋅處理液，另外兩個培養盤的營養液中添加高鋅處理液。依舊3天換一次培養液，如此重復四次。培養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.結果與分析

圖1 二氧化碳濃度與溫度協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境條件下，小麥幼苗對Zn的吸收量的變化如圖1。與對照組比較，溫度和二氧化碳濃度升高環境條件下，無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胞中的Z n的含量與對照組K 0相比，分別降低了24．4%，41．3%，43．6%，呈現出連續的下降趨勢，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；而根部細胞中Zn的含量與對照組相比，分別下降了41．8%，41．9%，41．0%，C0-C1鋅含量變化大，C1、C2、C3之間變化量小（見圖2）。高鋅(Zn50)處理下，C1、C2、C3氣候條件下的小麥幼苗葉片細胞中的Zn的含量與對照組K0相比，分別降低了30．9%，42．9%，29．1%，C1與C2中連續下降，C3中Zn含量有所回升，但依然低于C0對照組；而根部細胞中的Zn的含量與對照組相比，分別下降了48．1%，47．7%，29．1%，同樣是C3中的含量有所回升（見圖3）

4.結論

人為降低小麥生長空間的二氧化碳濃度，適當提高溫度和增加土壤中鋅的含量，能夠提高小麥幼苗對Zn的利用率。對比各氣候條件下根與葉子中Zn含量，發現葉子中Zn含量大于根中Zn含量。這個結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論一致。

[1]景立權,賴上坤,王云霞等．大氣CO2濃度和溫度互作對水稻生長發育的影響[J]．生態學報,DOI:10．5846/stxb201412272588．2016．7．

[2]李裕,張強,王潤元等．氣候變暖對春小麥籽粒痕量元素利用率的影響[J]．農業生態學報,2011,27(12):96-102．

(責任編輯：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"> 文獻標識碼：A

A

方海旭（1994～)，女，西北民族大學化工學院 ；研究方向：環境工程農業生態環境研究。