论文摘要
通过开顶式气室控制大气CO2浓度,对大豆生长发育、生理特性及产量品质等进行实验测定,研究了大气CO2浓度升高对大豆株高、茎粗、净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、光能利用率、产量及产量构成因素、叶绿素含量、脂肪含量、蛋白质及氨基酸含量的影响,并探讨了大气CO2浓度增长状况下大豆生长发育、生理特性和产量品质的变化趋势。结果表明,与对照CO2浓度(350μmol·mol-1)相比,大气CO2浓度为450μmol·mol-1、550μmol·mol-1、650μmol·mol-1和750μmol·mol-1时,大豆株高分别提高6.50%～21.91%,茎粗分别增加3.51%～14.65%。大气CO2浓度增加促进了大豆净光合速率、光能利用率和水分利用效率的提高,而蒸腾速率随着CO2浓度提高而降低,与对照(350μmol·mol-1)相比,四种高CO2浓度处理下,净光合速率增加5.41%～23.69%:光能利用率增加6.64%～26.32%:水分利用效率增加9.84%～49.22%,蒸腾速率降低7.33%～22.97%。在低CO2浓度处理下,大豆净光合速率的日变化出现了光合午休现象,但随着CO2浓度逐渐升高,光合午休现象逐渐得到缓解,当CO2浓度达到750μmol·mol-1时,光合午休现象消失。在火气CO2浓度升高情景下,叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量均呈上升的趋势,其中叶绿素a在四种高CO2浓度处理下与对照(350μmol·mol-1)相比,分别提高1.72%～11.64%;叶绿素b分别增加2.00%～20.00%;叶绿素总量分别提高5.45%～13.78%;类胡萝卜素含量分别提高7.63%～24.58%。但由于高CO2浓度条件下,叶绿素b含量增幅大于叶绿素a,因此,叶绿素a与叶绿素b的比值降低。大气CO2浓度上升有利于大豆单株产量的提高,与背景CO2浓度(350μmol·mol-1)相比,四种高CO2浓度处理下,单株产量分别提高8.80%～39.81%。CO2浓度增加对大豆产量构成因子的贡献,最显著的是单株荚数的提高,百粒重其次,单株粒数最小。大豆籽粒中钾、铁、钼、铜和钻的含量随着大气CO2浓度升高而逐步降低的趋势,其中,钾和铁含量的降低最为明显。与对照(350μol·mol-1)相比,不同CO2浓度处理下大豆钾含量减少1.40～2.69mg·g-1,铁含量减少2.33～16.09μg·g-1。虽然大豆籽粒中钙、镁、锌、锰、钠和硒含量随CO2浓度增加而增加,但增幅不一。随着大气CO2浓度升高,大豆脂肪含量随之增加,与对照(350μmol·mol-1)相比,四种高CO2浓度处理下脂肪含量分别提高2.37%～7.95%。饱和脂肪酸棕榈酸和硬脂酸含量均随着CO2浓度的增加呈下降趋势;不饱和脂肪酸中,油酸含量随着CO2浓度增加明显上升;亚油酸的含量随CO2浓度的提高呈现不规律的变化,亚麻酸含量随着CO2浓度的升高呈现下降的趋势。大豆蛋白质的含量随大气CO2浓度升高而降低,四个高CO2浓度处理下蛋白质含量与对照(350μmol·mol-1)相比下降了0.47%～3.25%,同时,大气CO2浓度升高也使大豆氨基酸含量以及氨基酸组分发生了改变,其中苏氨酸、胱氨酸、蛋氨酸和酪氨酸含量随大气CO2浓度增加而提高,异亮氨酸和组氨酸无明显变化趋势,其他12种氨基酸组分均有不等程度的下降;必需氨基酸总量和氨基酸总量均呈降低的趋势,与对照(350μmol·mol-1)相比,不同CO2浓度处理下大豆籽粒中必需氨基酸总量分别下降0.14%～3.55%,氨基酸总量分别下降0.59%～3.58%。