高油大豆品种碳同化与脂代谢对CO2浓度与温度协同升高的响应机制

为解析气候变化下CO2浓度（eCO2）与温度协同升高对大豆碳-脂代谢的影响，研究人员以高油品种ZH35和低油品种JZ2为材料，通过四组处理（CK/EC/ET/ECT）发现：ECT显著提升高油大豆光合速率（Pn+29.1%）、Rubisco活性（+116.1%）及油脂含量（+10.8%），并激活DGAT基因表达（+158.3%），揭示高油品种在气候变暖中的代谢优势，为作物适应性育种提供新靶点。

　　

随着工业革命以来化石燃料的大量使用，大气CO₂浓度已从1850年的280 μmol mol^-1飙升至2025年的424.70 μmol mol^-1，而全球地表温度较工业前水平上升了1.47°C。这种双重胁迫对农作物产量和品质构成严峻挑战——小麦籽粒蛋白质含量下降7.4-11%，油菜籽油脂质量显著降低。但令人困惑的是，作为全球最重要油料作物的大豆，其油脂代谢如何响应CO₂-温度协同升高仍存在认知空白。

山西省基础研究计划项目资助团队选取具有鲜明对比特征的高油大豆品种中黄35（ZH35，含油量23.45%）和低油品种晋大早黄2号（JZ2，17.11%），在可控气候舱中设置四组处理：对照（CK）、单独增CO₂（EC，+200 μmol mol^-1）、单独升温（ET，+2°C）及协同处理（ECT）。通过多组学分析发现，气候变暖背景下高油大豆展现出惊人的代谢可塑性，相关成果发表于《Plant Physiology and Biochemistry》。

研究采用光合参数测定、酶活性分析（Rubisco、ICDH、DGAT）、基因表达检测及代谢物定量等关键技术，结合8m×3m大型气候舱精准控制环境参数。

生长指标变化

ECT使两个品种株高、生物量和籽粒重均显著增加（p<0.05），但高油ZH35增幅更大。值得注意的是，JZ2在主茎节数上出现12.7%的显著降低，暗示品种间形态建成的差异响应。

光合特性重塑

虽然ECT导致两品种叶绿素含量下降，但ZH35的Rubisco活性暴增116.1%，净光合速率（P_n）提升29.1%，形成鲜明对比的是JZ2的P_n下降23.5%。这种"高酶活-高光合"耦合现象为ZH35的碳同化优势提供解释。

代谢流重编程

ECT处理下，两品种的异柠檬酸脱氢酶（ICDH）活性分别降低49.2%（JZ2）和66.9%（ZH35），显示三羧酸循环（TCA）受到抑制。但蔗糖含量在EC处理下显著增加（ZH35+68.8%），表明碳流向糖代谢分流。

脂代谢爆发

最惊人的发现来自油脂合成关键酶DGAT：ZH35在ECT下DGAT基因表达上调158.3%，酶活性提升111.8%，最终使籽粒含油量增加10.8%。这种"基因-酶活-表型"的级联放大效应在低油品种中虽存在但幅度较小。

讨论部分指出，高油大豆ZH35通过三重适应策略应对气候变化：1）维持光合器官高效运转；2）优化碳分配（减少TCA循环消耗，增加蔗糖储备）；3）激活油脂合成终末途径。特别是DGAT活性的温度-CO₂协同诱导效应，为分子设计育种提供新靶点。该研究首次揭示油料作物品质性状对气候要素的非线性响应，建议未来研究应整合氮磷营养调控，以全面评估粮食安全的代谢基础。