短期暴露于高温和 CO2对红三叶草植物雌激素影响几何？

为探究 eT 和 eCO2对豆科植物雌激素的影响，研究人员开展实验，发现其改变红三叶草雌激素产量。

　　# 气候变化下的 “绿色危机”：红三叶草植物雌激素的微妙变化
在广袤的田野里，红三叶草和豇豆是重要的饲料作物，为牲畜提供丰富营养。然而，在全球气候变化的大背景下，它们的生长正面临着前所未有的挑战。植物雌激素作为植物产生的次生化合物，能模仿动物性激素雌激素，对动物繁殖和人类健康有着潜在影响。一些富含植物雌激素的豆科牧草，若被牲畜过量食用，可能会损害其繁殖性能，而且这些植物雌激素还可能通过牛奶进入人类食物链。

此前研究虽已发现部分豆科植物在应对环境压力时会调节植物雌激素的产生，但对于温度和 CO₂浓度变化如何影响植物雌激素的产量，人们了解得还不够深入。尤其是在气温和 CO₂浓度不断攀升的当下，这些变化对红三叶草和豇豆中植物雌激素的影响亟待研究。为了解开这些谜团，美国新罕布什尔大学等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。在实验设置上，利用生长室进行盆栽实验，对红三叶草（cv ‘Freedom!’）和豇豆（cv ‘Red Ripper’）设置不同的温度（正常温度和高温 eT）和 CO₂浓度（正常浓度和高浓度 eCO₂）处理组。通过便携式光合作用系统（CIRAS - 3）和 SPAD 502 叶绿素仪测定植物的生理参数，如亚气孔 CO₂浓度、净光合速率、气孔导度等。运用高效液相色谱（HPLC）技术定量分析植物地上组织中异黄酮植物雌激素（包括芒柄花素、鹰嘴豆芽素 A、染料木黄酮等）的含量，还采用改良的 Folin Ciocalteu 试剂法测定总酚含量，并利用统计分析中的方差分析（ANOVA）、Spearman 相关性分析和偏最小二乘法回归（PLSR）等方法对实验数据进行处理。

研究结果

1. 植物雌激素浓度：豇豆中的植物雌激素浓度低于检测水平，而红三叶草中的植物雌激素浓度则因处理方式不同而有显著差异。与对照组相比，单独高温处理（eT）以及高温和高浓度 CO₂共同处理（eT + eCO₂）使红三叶草总植物雌激素浓度分别降低了 50% 和 53%。在单独高浓度 CO₂处理（eCO₂）下，总植物雌激素浓度与对照组无差异。红三叶草中不同的植物雌激素化合物对处理的响应也不同，芒柄花素和鹰嘴豆芽素 A 受高温影响较大，而染料木黄酮则更多地受 CO₂浓度影响。
2. 物理、生理和总酚响应：温度和 CO₂处理对豇豆和红三叶草的地上生物量、株高、叶面积等物理指标均有影响。在生理方面，豇豆对处理的响应较为明显，多种生理变量在不同处理下发生改变；而红三叶草相对不敏感，只有部分生理变量在特定处理下有所变化。总酚含量在不同处理下也呈现出不同的变化趋势。
3. 植物雌激素浓度与生理响应的相关性：通过计算 Spearman 相关系数和偏最小二乘法回归分析发现，在红三叶草中，只有鹰嘴豆芽素 A 与蒸气压亏缺存在显著负相关，染料木黄酮与多个生理变量存在相关性。部分生理变量，如蒸气压亏缺、水分利用效率、SPAD 值和总酚含量，与总植物雌激素浓度相关，这些变量共同能解释总植物雌激素浓度变化的 50% 以上。

研究结论与讨论

研究表明，短期暴露于高温（eT）和高浓度 CO₂（eCO₂）会改变红三叶草中植物雌激素的产量，且这种变化与植物的生理响应存在一定关联。高温导致红三叶草总植物雌激素浓度下降，可能是因为植物在高温下优先利用碳来产生初级代谢产物，或者关键酶的活性和稳定性受到影响，基因表达发生改变。虽然高浓度 CO₂在大豆中能增加异黄酮浓度，但在红三叶草中，它并没有使芒柄花素和鹰嘴豆芽素 A 的浓度增加。

此外，研究还发现，尽管单个生理变量与植物雌激素化合物的相关性较弱，但多个生理变量的组合对总植物雌激素浓度的变化有较好的解释能力，这为开发评估红三叶草中植物雌激素风险的工具提供了一定的理论依据。同时，该研究首次证实豇豆作为饲料时，可能不会给牲畜带来显著的植物雌激素暴露风险。

不过，这项研究也存在一定的局限性。实验是在生长室中进行的，实际田间环境更为复杂，存在多种其他压力因素，如土壤湿度、养分限制等，这些因素可能会与温度和 CO₂相互作用，影响植物雌激素的浓度。而且，实验的处理时间较短，长期和多代实验才能更全面地了解这些因素的影响。

总的来说，这项研究为我们理解气候变化对豆科植物雌激素产量的影响提供了重要的线索，也为后续进一步研究奠定了基础。未来，需要更多的研究来深入探讨这些复杂的相互作用，以更好地应对气候变化对农业和畜牧业带来的挑战。