大气二氧化碳（CO₂）浓度持续升高是全球气候变化的重要特征。大豆作为典型C₃作物，其光合作用和产量通常对升高CO₂表现出积极响应。然而，新增同化碳如何在籽粒不同储藏物质间分配，特别是能否促进脂质积累并重塑脂肪酸组成，仍缺乏长期连续试验的系统认识。已有研究多基于单个或少数生长季，且不同品种和年份间响应差异较大，限制了对未来高CO₂环境下大豆产量与品质协同变化的准确预判。

针对这一问题，中国科学院东北地理与农业生态研究所科研团队依托开顶式气室（OTC），以东生1号和绥农14两个东北主栽大豆品种为材料，开展连续4年的CO₂浓度升高试验。试验设置环境CO₂（约400ppm）和升高CO₂（约700ppm）两个处理，系统测定了籽粒产量、粗脂肪含量、油脂产量及主要脂肪酸组成，并评价不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸（UFA/SFA）、油酸/亚油酸及ω-6/ω-3等油脂品质指标的长期响应。研究发现，大气CO₂浓度升高对大豆籽粒产量具有较为稳定的促进作用。连续4年中，两个大豆品种籽粒产量提高18%—54%，平均增幅达到31%；随着籽粒产量增加，籽粒油脂产量（g/株）平均提高约32%。然而，粗脂肪含量并未表现出稳定增加，不同品种和年份间存在增加、降低或无显著变化等多样化响应（图1）。这表明，未来大气CO₂浓度升高可能主要通过促进籽粒生物量形成来提高大豆油脂总产量，而不一定同步提高单位籽粒中的油脂浓度。

图1 大气CO₂浓度升高对大豆籽粒产量、油脂产量及粗脂肪含量的影响

进一步分析表明，大气CO₂浓度升高虽未改变大豆油脂的基本脂肪酸组成，但显著调整了不同脂肪酸的相对比例。总体而言，饱和脂肪酸趋于下降，UFA/SFA比值提高1.9%—6.0%；而油酸/亚油酸和ω-6/ω-3比值表现出明显的品种和年际差异（图2）。上述结果表明，大气CO₂浓度升高对大豆增产效应相对稳定，但对油脂品质的影响更具品种和年份依赖性。该研究基于连续4年试验揭示，大气CO₂浓度升高主要通过提高籽粒产量来增加油脂产量，虽未稳定提高粗脂肪含量，却显著重塑了脂肪酸组成。这一发现表明，评估未来高CO₂环境下大豆生产潜力，不仅要关注增产效应，还需综合考虑油脂组成和品质变化，为气候变化背景下大豆品种筛选和品质改良提供科学依据。

图2 大气CO₂浓度升高对大豆籽粒主要脂肪酸组成及其响应特征的影响

该成果近期发表于国际期刊Plant Physiology and Biochemistry（IF=6.2）。研究由农田分子生态学科组已毕业硕士研究生汪妍（第一作者），李彦生项目研究员（通讯作者）等共同完成。研究得到国家自然科学基金（32172123）、中国科学院战略性先导科技专项（XDA28100200）、中国科学院国际伙伴计划（131323KYSB20210004）和黑龙江省科技创新基地奖励计划（JD24A012）的共同资助。

论文信息：

Yan Wang, Jinyuan Zhang, Zhenhua Yu, Changkai Liu, Yanfeng Hu, Xiaojing Hu, Qiuying Zhang, Jian Jin, Yansheng Li*. Four-year elevated atmospheric CO₂ increases soybean seed yield and reshapes fatty acid composition without consistently altering crude oil content. Plant Physiology and Biochemistry, 238 (2026), 111664.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2026.111664