“未来”植物在“CO2吧”中的快乐生活

材料牛注：研究人员利用分子标记法发现，对于不断升高的CO2浓度，植物将在基因表达上发生变化，逐步进化为适应高浓CO2的全新植株。研究植物如何演变、探索地球能否继续绿化迫在眉睫。

南安普顿大学研究人员研究现，植物可以适应大气环境中持续增加的CO2，研究还涉及了CO2持续上升的长期影响以及全球粮食安全和自然保护等问题，该研究成果发表在期刊Global Change Biology上。

南安普顿大学生物科学专业的Gail Taylor教授说：“2000年以来大气中CO2排放量的增长速度高于20世纪90年代，并且在有记录以来，CO2浓度在2013年首次达到了400ppm。 一方面，在短期内，更多的CO2对植物有好处，因为这促进了光合作用和植物的生长，从而推动了粮食和食品生产。事实上，近几十年来随着CO2浓度的升高，地球植被正变得越来越绿。”

直到现在，关于CO2浓度上升的长期影响，只有少数报告能让人们对此有大概的了解。但还没有利用分子标记法进行实验作为支撑。重要的原因之一是构建未来环境条件供植物生长，实现起来非常困难。为了解决这个难题，研究人员利用了一种独特的资源——天然的“二氧化碳吧”，在这里多代植物数百年来受到高浓CO2的影响。意大利Bossoleto的一个“二氧化碳吧”中的长叶车前草和其附近的浓度“控制”点（现今实际的CO2浓度）中生长的车前草进行分子标记对比。结果在总基因表达（指特定基因被激活产生所需蛋白质的过程）上发现了显著差别。

“研究表明，当把活在今天植物和活在“未来”的植物放置在一起，使其处于相同环境下，来自“二氧化碳吧”的“未来”植物植株更大光合作用速率更高；今天植物和“未来”的植物在上百种基因表达上有差别。特别的是，我们从这些基因表达数据可以预测，地球的绿化将会继续——它不会随着CO2的持续上升而停止或减缓，但未来植物中多余的碳很可能成为植物防卫的次生代谢物。这是与植物呼吸系统的基因表达息息相关的。”Taylor教授如是说到。

最有趣的发现之一是，植物在代表着未来的“二氧化碳吧”中生存几代后叶片表面的气孔会增多。研究人员预测气孔数量最终将会有所下降，和过去在地质时间尺度上对植物化石的研究结果保持一致。

Taylor教授补充说：“这是一个反直觉的发现，这显然表明气孔数量是在增加的，因为我们已经确定了气孔数量对高CO2浓度敏感的几个关键因素。其中之一是SCREAM（SCRM2），它是基本螺旋环状蛋白质家族中的一员，主要作用是调节植物的发育转变。我们还不清楚这种发展变化的全部后果，但目前的实验结果表明，经过多代发展，植物将以出乎意料的方式适应未来的高CO2浓度。”

所以摆在我们面前的紧要问题是：应对气候变化粮食作物可能会如何演变进化？地球绿化是否有可能继续下去？这对全球自然保护将产生什么影响？

原文链接：Molecular signature shows plants are adapting to increasing atmospheric CO2

本文由材料人编辑部顾玥提供素材，罗春兰翻译，李卓审核。点我加入编辑部。