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

他写道，气温升高、更频繁持久的干旱、灾难性降雨事件以及大气二氧化碳浓度上升，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从气候变化的某些方面受益，但若不进行长期且高成本的干预，更多作物将面临可能灾难性的减产。

"到2050-60年，农作物将面临与当今截然不同的生长环境，"朗写道。大气二氧化碳浓度已从工业革命前约200ppm（百万分之一）的水平，"在2024年达到427ppm，预计2050年将升至600ppm左右。"

极端高温、干旱、洪水等气候相关事件已在破坏农业系统。他写道，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。

不过仍存希望。朗表示，通过作物改良使其在挑战中存活甚至增产是可能的。虽然该过程耗时耗资，但相关工作已经启动。

例如，研究人员正在评估特定作物不同品种的耐热、抗旱及抗涝性能，筛选具有潜在优势特性的品种。发现这些优势基因特征后，科学家就能通过育种和/或基因工程技术培育更具抗逆性的作物。

通过细致研究，科学家发现某些水稻品种能在严重洪涝中存活长达两周，而另一些品种则具备更强的耐热性。这些发现为培育强健品种提供了可能。

随着温度上升，植物必须应对多重挑战。朗指出，大气干燥能力随温度增强，会通过气孔从叶片中夺取水分，这降低了植物的水分利用效率，加剧了全球多地本就紧张的水资源压力。

"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，可在不影响光合作用的前提下减少气孔水分流失。

"这使得大田种植烟草的叶片水分利用效率提升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，常被用作研究各类植物改良的"试验平台"。

研究人员还找到了降低水稻和小麦叶片气孔密度的方法，在不减产的前提下将水分利用效率提高15-20%。

朗表示，高浓度二氧化碳本身会改变植物生理机能——有时通过促进光合作用带来益处，但也会产生有害影响。高二氧化碳可通过改变关键酶水平来干扰植物代谢调控。科学家发现，调节光合关键酶Rubisco的调控蛋白水平，能在高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，朗以玉米研究的显著进展为例——该作物近80%用于乙醇生产和动物饲料，而非人类直接食用。

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

他写道，若缺乏类似投资，"很难想象这些使作物具备气候适应力的机会......能实现必要规模的推广应用。"

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和能源部先进生物能源与生物制品创新中心支持。