CO₂濃度升高對作物種子發芽的影響

鄭周瑩 彭顯鋒 王橋

摘 要 為研究大氣CO2濃度升高對作物子代種子發芽的影響，進行了CO2濃度對比處理及發芽試驗。結果表明，與對照相比，CO2濃度升高主要影響作物子代種子前期萌發率，小麥、水稻的萌發率降低，大豆和玉米的萌發率增加。因此，在未來CO2濃度升高的大環境下，在農業生產實踐中種植小麥和水稻作物要增加播種量。

關鍵詞 作物種子;發芽;CO2濃度

中圖分類號：S33 文獻標志碼：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，對于維系國家的穩定和發展有著十分重要的意義，分析CO2濃度升高對4種作物的影響，對指導和規劃在全球氣候變化大背景下作物的生產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，不僅通過溫室效應引起氣候變化對植物產生間接影響，而且還直接影響植物光合、生長發育和產量[3]。王云霞等研究表明，高濃度CO2會對干旱條件下C4作物生長和產量有影響[4]。作物的生長環境對收獲種子質量產生影響進而影響子代發芽情況。目前，國內外對于CO2濃度升高環境下作物培育后的子代種子發芽情況研究較少，結合前人的研究結果，通過測定長期生活在高CO2濃度環境下的作物子代種子發芽情況，深入分析與探討其影響并為作物對高CO2濃度生長環境的響應提供理論依據和制定相關措施提供數據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及儀器

水稻、小麥、玉米和大豆對比處理后收獲種子，燒杯，玻璃棒，培養皿，濾紙等。

1.2 CO2濃度對比處理情況

CO2濃度對比處理試驗在黑龍江省海倫市的中國科學院海倫農業生態實驗站進行[5]。選取CO2增加定位試驗中對照CO2濃度380 μmol·mol-1和CO2倍增處理濃度700 μmol·mol-1兩個處理，裂區種植水稻、小麥、玉米和大豆4種作物，成熟后收獲種子備用。

1.3 發芽試驗設計

對處理后（對照CO2濃度380 μmol·mol-1、CO2升高處理濃度700 μmol·mol-1）收獲的4種作物種子進行發芽試驗[6]。每種作物試驗組、對照組各6個重復，每個重復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。然后把種子轉移至培養皿中，培養皿上放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，放在培養箱28 ℃條件下培養，每天8：00和20：00定時用蒸餾水清洗3次，培養7 d。

每天記錄出芽種子數，并觀察種子的出芽情況。

1.4 計算公式

發芽勢=（3 d發芽種子總數/供試種子總數）×100%。

發芽率=（7 d發芽種子總數/供試種子總數）×100%。

發芽指數GI=∑（Gt/Dt），式中Gt為在不同時間內的發芽數，Dt為對應的發芽日數。

2 結果與分析

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

3 討論

發芽勢、發芽率和發芽指數是反映種子生長潛勢的重要指標，種子活力的下降必然伴隨著發芽勢和發芽率的下降[7]。與對照相比，本研究中在CO2濃度升高環境下生長收獲的種子中，小麥的發芽勢、發芽率、發芽指數呈下降趨勢，水稻的發芽勢、發芽率、發芽指數有不同程度的降低，玉米的發芽指數降低。高厚玉等關于自由空氣中CO2濃度和溫度增高對水稻種子活力的影響研究結果表明，高CO2濃度使水稻武運粳23子代種子的發芽勢和發芽指數均呈下降趨勢[8]。Saha等對于鷹嘴豆在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]。結合前人研究結果，在未來的氣候環境下，高濃度的CO2會使小麥和水稻的種子活力下降，進而影響作物產量和品質。本研究中在CO2濃度升高的環境下，作物子代種子的發芽勢表明大豆和玉米有2.00%、0.50%的升幅，大豆和玉米子代種子的發芽率有一定的增加，在發芽指數中顯示，大豆有少許上升。從所得數據來看，大氣CO2濃度升高對大豆和玉米的子代種子萌發率并無明顯消極影響。

4 結論

大氣CO2濃度升高主要影響作物子代種子前期萌發率，小麥、水稻的萌發率降低，大豆和玉米的萌發率增加。且大氣CO2濃度升高增加大豆和玉米作物子代種子發芽，降低小麥和水稻作物子代種子發芽，因此在未來CO2濃度升高的大環境條件下，在農業生產實踐中種植小麥和水稻作物要增加播種量，用于指導農業生產。

參考文獻：

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[8] 高厚玉，景立權，陳龍，等.自由空氣中CO2濃度和溫度增高對水稻種子活力的影響[J].中國水稻科學，2016，30（04）：371-379.

[9] Saha S，Chakraborty D，Sehgal V K，et al. Rising atmospheric CO2：Potential impacts on chickpea seed quality[J].Agriculture Ecosystems Environment，2015，203：140-146.

（責任編輯：劉 昀）