二氧化碳浓度上升导致植物矿物质营养下降，致此负面影响原因仍待深究
蒙彼利埃大学植物科学研究所(IPSiM) Antoine Martin团队在Trends in Plant Science上发表了研究成果，这篇综述对CO2浓度上升导致植物矿物质营养下降的主要原因假设进行了补充及回顾总结。
文章题目
The decline of plant mineral nutrition under rising CO2: physiological and molecular aspects of a bad deal
第一作者：Alain Gojon
通讯作者：Antoine Martin
通讯单位：蒙彼利埃大学植物科学研究所(IPSiM)
杂志：Trends in Plant Science
影响因子：22.012/Q1
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.tplants.2022.09.002
研究背景
大气CO2浓度的升高对C3植物的生理机制会产生很大影响，远远超过光合作用和碳代谢。尤其是它降低了植物组织中大多数矿物质营养浓度，对作物质量、养分循环和陆地农业生态系统中的碳汇构成重大威胁，而高浓度二氧化碳对植物矿物产生负面影响的原因尚不清楚。
研究意义
综述对CO2浓度上升导致植物矿物质营养下降的主要原因假设进行了补充，通过回顾总结报告了新进展并提出新策略，希望有助于植物在未来的高CO2环境保持稳健的营养状况。
高浓度二氧化碳对植物矿物产生负面影响有二：第一，它可能会降低大多数主要作物的营养质量，导致全球范围内作物营养不良和健康问题的加剧；二是显著改变植物生物量的元素化学计量(特别是碳氮比和碳磷比)，能够直接影响土壤有机质的稳定性和土壤养分循环的生物地球化学过程。
eCO2对C3植物矿物状态的负面影响假说
▲解释CO2升高对矿物组成，特别是对C3植物N含量负面影响的主要假设
(A)植物叶片中生物量和碳量的增加可以通过稀释效应导致矿物质浓度降低；
(B)在eCO2条件下，气孔导度降低导致蒸腾作用下降，这可能会对根的养分获取产生负面影响，因为土壤中的质量流量减少，且通过木质部的汁液在嫩枝中的养分转运也有所减少；
(C)与光呼吸相关的代谢途径导致胞浆中NADH的产生，而NADH被NO3-还原酶用作还原力。因此，eCO2条件下光呼吸减弱可能导致NADH不足，无法为NO3−还原反应提供动力。这将导致NO3−同化减少和氮素含量降低；
(D)在eCO2作用下，NO3−吸收系统在根系中被解除调控，这可能导致NO3−吸收速率降低，最终导致植物氮含量降低。这一机制涉及的信号通路和调控机制尚不清楚
与aCO2相比，在eCO2条件下生长的植物中观察到的营养物质浓度较低，研究者们提出了如上多种原因。土壤中营养物质的生物利用度有限肯定是原因之一，但这不是唯一的解释，eCO2对植物矿物状态的负面影响也出现在水培植物中。
eCO2对氮获取的负面影响
大量研究研究了eCO2对植物养分吸收的影响，特别是对氮的影响。许多研究表明，eCO2通过降低单位根系生物量的氮吸收速率，显著阻碍了植物对氮的获取效率。然而，eCO2对植物氮吸收的影响因植物收集氮的方式不同而不同。事实上，eCO2对根硝酸盐(NO3−)的吸收比根铵(NH4+)或有机氮的吸收更不利。
某项研究比较了根氮摄取对eCO2的短期和长期反应。结果表明，短期eCO2处理(24 h)在营养生长早期(生殖中期)刺激根系吸收NO3−和NH4+，而长期处理(>100 d)则有明显相反的效果。如果得到证实，这种eCO2短期效应与长期效应之间的矛盾结果定获广泛关注，因为它将填补研究者对植物中C/N相互作用知识的空白。
eCO2对NO3−同化的负面影响
▲eCO2对同化途径影响的潜在机制
(A)：eCO2对植物中氮吸收和转运相关基因及其调控因子表达的影响。从不同物种的转录组实验中收集的数据总结，显示eCO2对芽或根中NRT1、NRT2和NAR家族基因及其相关调控因子的影响(Gm,Glycine max; Mt,Medicago truncatula; Td,Triticum durum; At,Arabidopsis thaliana)
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