'Future-proofing' crops will require urgent, consistent effort

他写道，更高的温度、更频繁和更持久的干旱、灾难性降雨事件以及不断上升的大气二氧化碳水平都会影响农作物的生长、发育和繁殖能力。虽然某些植物和地区可能受益于气候变化的某些方面，但若不进行长期且昂贵的干预，更多作物将面临潜在的灾难性减产。

朗写道："到2050至2060年，作物将面临与今日截然不同的环境。" 大气二氧化碳浓度从工业化前约200ppm（百万分之一）的水平，"在2024年达到427ppm，预计到205年将升至约600ppm。"

他写道，极端高温、干旱、洪水及其他气候相关事件已在破坏农业系统。预计的极端温度与气候不稳定将进一步降低作物产量，加剧饥荒、政治动荡和大规模移民。

然而仍存希望。朗表示，有可能通过改造作物使其在挑战中维持生存甚至提高产量。尽管该过程耗时且成本高昂，但相关工作已经启动。

例如，研究人员正在评估特定农作物的不同品种对高温、干旱和洪水的耐受性，筛选具有潜在有益特性的品系。发现赋予这些优势的遗传性状将使科学家能够通过植物育种和/或基因工程培育出更能抵御极端环境的作物。

通过严谨研究，科学家发现某些水稻品种可在严重洪涝期间承受长达两周的淹没，而另一些品种则表现出更强的耐热性。这些发现为开发更强健的栽培品种提供了机遇。

随着温度上升，植物必须抵御多重挑战。朗指出，大气干燥能力随温度升高而增强，会通过名为气孔的微小孔隙抽走植物叶片水分。这降低了植物水分利用效率，加剧了全球多地本已稀缺的水资源压力。

"植物可能部分关闭气孔以保持水分，但这会阻碍其从大气吸收二氧化碳的能力——这是光合作用的关键步骤。"朗解释道。

在实验室和田间试验中，研究人员发现增强植物传感器蛋白基因的表达可减少气孔水分流失，同时不影响光合作用。

"该技术使大田种植烟草的叶片水分利用效率提高15%，整株植物耗水量降低30%。"朗写道。由于烟草基因改造速度快，常被用作研究多种植物改良的"试验平台"。

研究人员还发现降低水稻和小麦叶片气孔密度的方法，可在不减少产量的情况下提高水分利用效率15-20%。

朗指出，高浓度二氧化碳本身会改变植物生理机能：一方面通过促进光合作用产生有利影响，另一方面也会造成有害影响。高浓度二氧化碳通过改变关键酶水平来调控植物代谢。科学家发现调整调控rubisco（关键光合酶）的蛋白质水平，可在高浓度二氧化碳环境下提升光合效率。

为展示粮食作物的改良潜力，朗援引了玉米研究的显著进展——近80%玉米用于乙醇生产和动物饲料，而非人类直接消费。

"1980至2024年间，美国玉米产量翻倍，而高粱仅增长12%。"他表示。玉米的成功源于大型跨国公司的巨额投资，但公共领域尚未获得同等投入。

他写道，若无类似投资，"很难想象……保障未来作物安全的方案能以必要规模实施"。

朗同时担任伊利诺伊大学卡尔·R·沃斯基因组生物学研究所教授。其研究获得盖茨农业创新机构及能源部先进生物能源与生物制品创新中心支持。