大气CO2浓度和温度升高对武运粳23蛋白质品质的影响

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目 录

引言 - 1 -

1 材料与方法 - 2 -

1.1 试验平台 - 2 -

1.2 材料培育 - 2 -

1.3　测定内容及方法 - 3 -

1.3.1 稻米蛋白质含量和氨基酸含量测定 - 3 -

1.4 数据处理 - 3 -

2　结果与分析 - 4 -

2.1　大气中CO₂浓度和温度升高对武运粳23稻米蛋白质含量的影响 - 4 -

2.2　大气中CO₂浓度和温度升高对武运粳23稻米氨基酸含量的影响 - 4 -

2.2.1　必需氨基酸总量与氨基酸总量 - 4 -

2.2.2　必需氨基酸总量占氨基酸总量的百分比 - 5 -

2.2.3　必需氨基酸各组分绝对含量 - 6 -

2.2.4　必需氨基酸各组分相对含量 - 6 -

2.2.5　必需氨基酸评分（AAS）及必需氨基酸指数（EAAI） - 7 -

3　讨论 - 8 -

参考文献 - 9 -

致谢 - 11 -

大气CO₂浓度和温度升高对武运粳23 蛋白质品质的影响

冯晓宇

, China

Abstract: In this experiment, we studied the impact of elevated CO₂ concentration, temperature and the interaction between the two on protein quality and various amino acids of Wuyunjing 23 by FACE experimental research platform. Results showed that protein content and the total concentration of amino acids decreased significantly under the conditions of elevated CO₂ concentration, while the total concentration of essential amino acids and the percentage of essential amino acids did not show significant changes. The absolute content of threonine, valine, isoleucine and leucine decreased significantly. The absolute content of methionine, phenylalanine and lysine did not show significant changes. And the relative content of essential amino acids, essential amino acids score and essential amino acid index increased significantly under the conditions of elevated CO₂ concentration. With the temperature elevated, protein content of Wuyunjing 23 increased significantly. But the total concentration of amino acids, the total concentration of essential amino acids, the percentage of essential amino acids, the absolute and relative content of essential amino acids, essential amino acids score and essential amino acid index did not show significant changes. Interactions between CO₂ concentration and temperature had no significant effect on the concentration of rice protein, the total concentration of essential amino acids, the total concentration of amino acids and the percentage of essential amino acids. The relative content of phenylalanine and lysine, lysine score, phenylalanine tyrosine score, and the essential amino acid index increased significantly. But the absolute content of isoleucine and leucine decreased significantly.

Key words: CO₂ concentration; temperature; protein; essential amino acid index

引言

在工业改革和农业产品迅速发展的时代，煤炭、石油、天然气等矿物质燃料是人类生活必不可少的能源，随着这些能源的大量使用，其燃烧产生的温室气体的浓度持续上升，尤其是二氧化碳和甲烷，它们直接影响着整个地球系统的辐射进程^[1]。如若不及时采用合理的方法，专家预测大气中的二氧化碳浓度将在2025年达到550 μmol/mol^[2]，到2100年甚至可能达到700 μmol/mol以上。由IPCC (Intergovernmental Panel On Climate Change)的会议报告可知，农作物生长发育、产品质量一定会受到各种气候变化，如时间和空间上降水量的不同、植物疾病和虫害的变化、温度的升高、二氧化碳浓度的增加等的影响。

世界上的粮食作物种类有很多，其中最主要的作物包括水稻、小麦和玉米三种，大约占所有作物总量的一半以上。在亚洲尤其是中国，超过一半的人口优先选择水稻作为日常主要的粮食作物。调查报告显示，为确保世界粮食安全，在2025年水稻的产量需超过目前总产的一半甚至更多才能满足人们的食物需求，与此同时将采取一些措施进一步改善水稻的质量^[3]。

在全球变暖的环境下，我国的水稻频繁地受到夏季高温热害的影响^[4,5]。有研究表明，当增加大气中二氧化碳浓度和温度时，农作物的产量和品质会受到显著的影响^[6,7]。我国作为一个农业大国，农产品产量和质量与社会稳定和农业可持续发展的关系至关重要。从关于气候变化进程中二氧化碳浓度的变化以及温度增加的影响中可知，这些变化对中国未来的农业及农业生产方面同样有着极其深远的影响。

随着萦绕民心的食物供应问题基本被解决，人们便逐渐开始转变对食物要求的方向，从“有的吃”慢慢过渡到“吃得好”。近些年来水稻产品出现的周期性过剩现象，使得水稻品质问题越来越受到人们的关注。从另一方面来说，虽然我国水稻生产在世界上占有一定的优势，但在品质方面比美国、日本等其他国家略逊一筹，在国际贸易市场上虚弱的竞争力反过来限制了我国稻作的进步与发展。因此，在保证水稻产量稳定的前提下,提高水稻品质,对于提高我国稻米在国际稻米市场的竞争力具有重要意义^[8]。

国内外关于水稻方面的研究中有相当一部分比重是针对于水稻品质方面的，其原因主要是水稻作为商品的贸易价值和种植的技术推广直接受作物品质的高低所影响^[9]。随着科学技术的进步以及人类生活标准的提高，人们对水稻的品质提出了更高的要求，在以高品质的水稻种类为基础的条件下，不仅要进一步提高作物外表的色泽需求，还要达到整体上的口感和香味。根据查阅先前的研究可知，国内很多研究在长时间以来主要是专注于如何提高水稻生产进而增加作物产量，而在水稻品质等研究方向开始的相对较晚。

在全球面临食品安全的问题下，研究学者就如何应对气候变化对食品安全的影响及时提出了可靠的建议和措施。首先，改善水稻品质对建立合理的饮食习惯和增加人民收入均大有益处。高品质水稻的发展不仅能够保障国家食物品质的安全需求，还能优化作物资源的分配利用，解决水稻产业竞争力所处的困境，而且这也是一种改进当地经济发展的可行措施，同时提高当地农民的经济收入。由此可见，发展高品质的水稻产业刻不容缓，是既高效又实际的战略性方式^[10]。此外，提高水稻品质有助于将水稻产业从数量方面转变到质量上，在我国加入WTO后，进一步促进农产品的出口贸易及国内农民收入。

由于温室效应的影响导致大气层温度增加，全球频繁出现气温居高不下的情形，这种变化一定会影响到水稻生长与发育、产量与品质的形成。

水稻的营养品质主要是天然的蛋白质含量，在谷类作物中，水稻中蛋白质的品质是对人类身体健康最好的，其合理的氨基酸比例有益于人体的消化和吸收。水稻是人类对蛋白质需求的主要来源，有数据表明，日本居民大约19%的蛋白质来源于水稻，中国作为发展中国家，由于国内较低的消费水平，人们对水稻中蛋白质的需求比例更高一些^[11]。

采用人工模拟的试验方法是目前学者研究二氧化碳和温度同时增加对水稻的影响的重要手段之一，主要包括温室(Greenhouse)、开顶式气室（Open-top chamber，OTC）、控制环境试验（Controlled-environment，CE）和自由二氧化碳气体施肥试验（Free-air CO₂ enrichment，FACE），其中FACE试验所模拟的环境条件与大气中的自然环境大致接近，使得试验结果的精度更高，结论更可靠。

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