PREMISE Atmospheric carbon dioxide (CO2 ) concentration is increasing, as is the frequency and duration of drought in some regions. Elevated CO2 can decrease the effects of drought by further decreasing stomatal opening and, hence, water loss from leaves. Both elevated CO2 and drought typically decrease plant nutrient concentration, but their interactive effects on nutrient status and uptake are little studied. We investigated whether elevated CO2 helps negate the decrease in plant nutrient status during drought by upregulating nutrient-uptake proteins in roots. METHODS Barley (Hordeum vulgare) was subjected to current vs. elevated CO2 (400 or 700 ppm) and drought vs. well-watered conditions, after which we measured biomass, tissue nitrogen (N) and phosphorus (P) concentrations (%N and P), N- and P-uptake rates, and the concentration of the major N- and P-uptake proteins in roots. RESULTS Elevated CO2 decreased the impact of drought on biomass. In contrast, both drought and elevated CO2 decreased %N and %P in most cases, and their effects were additive for shoots. Root N- and P-uptake rates were strongly decreased by drought, but were not significantly affected by CO2 . Averaged across treatments, both drought and high CO2 resulted in upregulation of NRT1 (NO3 - transporter) and AMT1 (NH4 + transporter) per unit total root protein, while only drought increased PHT1 (P transporter). CONCLUSIONS Elevated CO2 exacerbated decreases in %N and %P, and hence food quality, during drought, despite increases in the concentration of nutrient-uptake proteins in roots, indicating other limitations to nutrient uptake.

中文翻译：

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干旱和二氧化碳对大麦根部养分吸收和养分吸收蛋白水平的影响

前提 大气二氧化碳 (CO2) 浓度正在增加，某些地区干旱的频率和持续时间也在增加。升高的 CO2 可以通过进一步减少气孔开放来减少干旱的影响，从而减少叶片的水分流失。二氧化碳升高和干旱通常都会降低植物养分浓度，但很少研究它们对养分状况和吸收的相互作用。我们研究了升高的 CO2 是否有助于通过上调根中的养分吸收蛋白来抵消干旱期间植物养分状况的下降。方法 大麦（Hordeum vulgare）经受当前与升高的 CO2（400 或 700 ppm）以及干旱与充分浇水的条件，之后我们测量了生物量、组织氮 (N) 和磷 (P) 浓度（%N 和P)、N-和P-摄取率，以及根中主要 N 和 P 吸收蛋白的浓度。结果 CO2 升高降低了干旱对生物量的影响。相比之下，在大多数情况下，干旱和 CO2 升高都会降低 %N 和 %P，并且它们对芽的影响是相加的。根系 N- 和 P- 吸收率因干旱而显着降低，但不受 CO2 的显着影响。平均而言，干旱和高 CO2 均导致每单位总根蛋白的 NRT1（NO3 - 转运蛋白）和 AMT1（NH4 + 转运蛋白）上调，而只有干旱增加了 PHT1（P 转运蛋白）。结论 尽管根中养分吸收蛋白的浓度增加，但在干旱期间，二氧化碳浓度升高会加剧 %N 和 %P 的降低，从而加剧食品质量的降低，这表明对养分吸收的其他限制。结果 CO2 升高降低了干旱对生物量的影响。相比之下，在大多数情况下，干旱和 CO2 升高都会降低 %N 和 %P，并且它们对芽的影响是相加的。根系 N- 和 P- 吸收率因干旱而显着降低，但不受 CO2 的显着影响。平均而言，干旱和高 CO2 均导致每单位总根蛋白的 NRT1（NO3 - 转运蛋白）和 AMT1（NH4 + 转运蛋白）上调，而只有干旱增加了 PHT1（P 转运蛋白）。结论 尽管根中养分吸收蛋白的浓度增加，但在干旱期间，二氧化碳浓度升高会加剧 %N 和 %P 的降低，从而加剧食品质量的降低，这表明对养分吸收的其他限制。结果 CO2 升高降低了干旱对生物量的影响。相比之下，在大多数情况下，干旱和 CO2 升高都会降低 %N 和 %P，并且它们对芽的影响是相加的。根系 N- 和 P- 吸收率因干旱而显着降低，但不受 CO2 的显着影响。平均而言，干旱和高 CO2 均导致每单位总根蛋白的 NRT1（NO3 - 转运蛋白）和 AMT1（NH4 + 转运蛋白）上调，而只有干旱增加了 PHT1（P 转运蛋白）。结论 尽管根中养分吸收蛋白的浓度增加，但在干旱期间，二氧化碳浓度升高会加剧 %N 和 %P 的降低，从而加剧食物质量的降低，这表明对养分吸收的其他限制。在大多数情况下，干旱和 CO2 升高都会降低 %N 和 %P，并且它们对芽的影响是相加的。根系 N- 和 P- 吸收率因干旱而显着降低，但不受 CO2 的显着影响。平均而言，干旱和高 CO2 均导致每单位总根蛋白的 NRT1（NO3 - 转运蛋白）和 AMT1（NH4 + 转运蛋白）上调，而只有干旱增加了 PHT1（P 转运蛋白）。结论 尽管根中养分吸收蛋白的浓度增加，但在干旱期间，二氧化碳浓度升高会加剧 %N 和 %P 的降低，从而加剧食品质量的降低，这表明对养分吸收的其他限制。在大多数情况下，干旱和 CO2 升高都会降低 %N 和 %P，并且它们对芽的影响是相加的。根系 N- 和 P- 吸收率因干旱而显着降低，但不受 CO2 的显着影响。平均而言，干旱和高 CO2 均导致每单位总根蛋白的 NRT1（NO3 - 转运蛋白）和 AMT1（NH4 + 转运蛋白）上调，而只有干旱增加了 PHT1（P 转运蛋白）。结论 尽管根中养分吸收蛋白的浓度增加，但在干旱期间，二氧化碳浓度升高会加剧 %N 和 %P 的降低，从而加剧食品质量的降低，这表明对养分吸收的其他限制。干旱和高 CO2 都导致每单位总根蛋白的 NRT1（NO3 - 转运蛋白）和 AMT1（NH4 + 转运蛋白）上调，而只有干旱增加了 PHT1（P 转运蛋白）。结论 尽管根中养分吸收蛋白的浓度增加，但在干旱期间，二氧化碳浓度升高会加剧 %N 和 %P 的降低，从而加剧食品质量的降低，这表明对养分吸收的其他限制。干旱和高 CO2 都导致每单位总根蛋白的 NRT1（NO3 - 转运蛋白）和 AMT1（NH4 + 转运蛋白）上调，而只有干旱增加了 PHT1（P 转运蛋白）。结论 尽管根中养分吸收蛋白的浓度增加，但在干旱期间，二氧化碳浓度升高会加剧 %N 和 %P 的降低，从而加剧食品质量的降低，这表明对养分吸收的其他限制。