问答：寻找适应未来气候的玉米品种

玉米是地球上最重要的作物之一。它不仅提供甜果仁来给许多菜肴调味，还被用于油、甜味剂糖浆和牲畜饲料作物。世界各地的农场都在培育玉米，以最大限度地提高产量

但在气候变化的情况下会发生什么？华盛顿大学领导的研究将气候预测与植物模型相结合，以确定哪种性状组合最适合未来的气候。这项研究使用了对2050年和2100年美国各地天气和气候的预测，以及一个模拟玉米生长的模型，以找到在未来全国条件下产生最高、最可靠产量的各种性状

这篇开放获取的论文发表在《环境研究：食品系统》上。华盛顿大学新闻向资深作者、华盛顿大学大气科学和生物学教授阿比盖尔·斯旺询问了这项研究及其发现

我们未来的气候将更温暖，空气更干燥，大气中的二氧化碳浓度更高。对所有这些变化加在一起将如何影响植物生长有一个广泛的了解吗

对于玉米，我们小组之前的一项研究发现，更高的温度和更干燥的空气对玉米的影响大致相同，两者都会导致玉米产量下降，而更多可用于光合作用的二氧化碳会增加产量。然而，二氧化碳产量的增加不足以抵消其他两种变化带来的产量下降，因此玉米产量总体下降

总的来说，像我们预计的那样，未来更热的温度将使作物生长更快，但产量更低。当然，降水量的变化也会影响它们在不同地区的生长，尽管总体上影响较小，尤其是对依赖灌溉的农作物

通常，许多人认为气候变化会改变某些作物的生长地点。你的研究表明，我们今天种植的作物品种在未来的任何地方都不理想。为什么

随着气候持续变暖，我们可以通过将现有作物品种移到更靠近极地的地方来适应，那里的空气更凉爽。但是，将现有品种转移到新的地方不足以弥补我们在更热的气候下预期的作物产量损失，因为高温的影响是如此有害

我们的研究考察了100个可能的玉米品种，发现未来最成功的不是现在成功的品种&mdash；我们需要适应新气候的新作物

根据你的研究，与今天表现最好的品种相比，你能描述一下在未来气候中表现最好的玉米吗

玉米植株先长出叶子，然后转而种植谷物。我们发现，今天，玉米植株必须在长出大量叶子和在生长季节还有足够的时间种植大量谷物之间做出权衡。这意味着今天最成功的品种不会长出很多叶子，所以它们可以在季节的早期转向种植谷物

长更多的叶子可能会使玉米增加光合作用的能力，这也会增加它可以生长的谷物数量，但今天这是以缩短生长季节为代价的

未来，天气将总体变暖，玉米可能会在本季早些种植，晚些时候收获。这个更长的生长季节使玉米摆脱了这种权衡，既能长出更多的叶子，又有足够的时间种植谷物（在更热的温度下更快的生长会带来额外的好处）

所以基本上，从这个意义上说，未来的玉米植物也可以有蛋糕吃。我们模拟的利用生长更多叶子的能力的品种在未来气候下比生长更少叶子的品种产量更高。不过，这对玉米来说不是个好消息。虽然玉米将能够长出更多的叶子，并且仍有足够的时间种植谷物，但高温和干燥空气的不利影响将降低总产量。长更多的叶子和更长的生长季节有助于缓冲这些不利影响，但总的来说，我们模拟的所有玉米植物在未来的气候条件下都表现得更糟

在这些气候条件成为现实之前，有没有办法在真实的植物上验证这些结果

虽然我们发现的在未来气候条件下表现最好的植物目前还不存在，但具有许多这些特征的植物可以使用CRISPR等遗传技术快速繁殖。然后，它们可以在受控的气候条件下生长，看看我们的发现是否适用于真正的植物。这一过程的速度快得惊人，因此我们可以在需要之前创造和试验新的植物品种

为什么使用计算机模型有帮助，而不是像过去那样只进行选择性育种

培育新的作物品种是一个非常缓慢的过程。从最初的育种到农民的测试和采用可能需要几十年的时间。这一过程首先从现有作物品种中选择具有理想特性的品种，包括高产。然后，这些新的潜在品种在多种环境和不同的管理下进行组合、种植和测试。最后，最终的品种被商业化发布，然后可以被农民采用

通过模拟，我们可以测试更广泛的可能特征组合，这些特征组合可以很好地适用于新品种，并利用这些知识指导育种的第一阶段。这可以加快繁殖过程，加快我们适应气候变化的能力。它还为我们提供了信息，说明我们可能会尝试创造哪些与现有品种相距更远的特征

你的研究如何适应更广泛的气候适应领域

我们需要在许多方面调整农业，以支持不断增长的人口和不断增长的粮食需求，同时随着气候变暖，我们预计作物产量会下降。我们的研究通过设想这些作物应该是什么样子，有助于启动培育气候适应性作物的进程。我们的研究还为如何对除玉米外的其他作物类型进行这种分析提供了蓝图

尽管我们在这项研究中重点关注玉米，但我们认为我们的工作证明了一种可以应用于任何作物的方法，因此更像是我们如何将气候变化的预期影响纳入新作物品种育种的蓝图

在美国，我们最近听说，由于出生率下降，人口趋于平稳，并转向资源密集度较低的植物性饮食。你能解释一下为什么在全球范围内，我们仍然预计玉米需求会增加吗

全球人口仍在增长，除了总人数的增长外，全球人口也越来越富裕，肉类消费也在增加。在美国，我们的饮食已经非常注重肉类，因此从健康和环境的角度来看，转向资源密集度较低的植物性饮食非常有意义

但目前世界许多地区的肉类消费量非常低。随着这些人口财富的增加，我们预计在某些情况下肉类消费量会增长。财富的增加对这些人的福祉是一件好事。通过调整农业，我们希望缓冲高温带来的产量损失，并帮助为每个人提供足够的食物

这项研究的下一步是什么

我们希望与育种家合作，创造我们研究提出的一些玉米品种，并对全球其他主要粮食作物进行类似的研究。我们目前正在寻求更多的资金来源来开展下一步行动

主要作者Jennifer Hsiao完成这项工作是她在华盛顿大学生物学博士学位的一部分。合著者是华盛顿大学环境与森林科学教授Soo Hyung Kim；美国农业部的Dennis Timlin；以及科罗拉多州立大学的纳撒尼尔·穆勒