作物产量越高，养分含量越低：气候变化的隐性代价

大多数关于气候变化对粮食生产影响的研究都集中在作物产量上，但如果营养价值低下，丰收的规模就意义不大。“我们的工作超越了数量，着眼于我们所吃食物的质量，”英国利物浦约翰摩尔斯大学的博士生吉塔·乌格瓦·埃克勒 (Jiata Ugwah Ekele) 说。

气候变化的持续影响将对全球植物造成毁灭性且不可逆转的后果。埃克勒女士的研究主要集中于探索粮食作物的营养成分如何受到与气候变化相关的二氧化碳（CO₂）水平上升和气温升高这两者相互作用的影响。“这些环境变化会影响从光合作用、生长速率到作物中营养素的合成和储存等方方面面，”埃克勒女士说。

“理解这些影响至关重要，因为我们吃的东西造就了我们自身，而植物作为生态系统的主要生产者，构成了我们食物网络的基础，”埃克勒女士说。“通过研究这些相互作用，我们可以更好地预测气候变化将如何塑造我们食物的营养格局，并努力减轻这些影响。”

埃克勒女士的研究集中在受欢迎的叶类蔬菜上，包括羽衣甘蓝、芝麻菜和菠菜。在这个项目中，这些作物在利物浦约翰摩尔斯大学的环境控制生长室中种植，并改变CO₂浓度和温度水平，以模拟英国预测的未来气候情景。“在作物生长过程中评估叶绿素荧光和量子产量等光合作用标记物，并在收获时记录产量和生物量，”埃克勒女士说。

在气候变化条件下种植这些植物后，使用高效液相色谱法（HPLC）和X射线荧光分析来分析其营养品质，以测量糖、蛋白质、酚类物质、类黄酮、维生素和抗氧化剂的浓度。

该项目的初步结果表明，大气中升高的CO2水平可能帮助作物长得更快更大，但肯定不是更健康。“一段时间后，作物显示出钙等关键矿物质和某些抗氧化化合物的减少，”埃克勒女士说。

温度的升高只会加剧这些变化。“CO2和热胁迫之间的相互作用产生了复杂的影响——作物长得不那么大或快了，营养品质的下降加剧了，”埃克勒女士说。

一个关键的早期发现是，不同作物对这些气候变化胁迫因子的反应不同，有些物种的反应比其他物种更强烈。“这种反应的多样性突出表明，我们不能对所有作物一概而论。这种复杂性既引人入胜又充满挑战，提醒我们为什么必须同时研究多种胁迫因子，”埃克勒女士说。

这种营养失衡对人类健康构成严重威胁。虽然较高的CO2水平会增加作物中糖的浓度，但它会稀释必需的蛋白质、矿物质和抗氧化剂。“这种改变了的平衡可能导致饮食热量更高但营养价值更低，”埃克勒女士说。“作物中糖含量的增加，尤其是水果和蔬菜，可能导致肥胖和2型糖尿病的风险增加——特别是在已经面临非传染性疾病困扰的人群中。”

营养含量低的作物还可能导致必需蛋白质和维生素的缺乏，从而损害人体免疫系统并加剧现有健康问题——尤其是在低收入或中等收入国家。“这不仅关乎我们生产多少粮食，还关乎粮食内含有什么以及它如何支持人类的长期福祉，”埃克勒女士说。

尽管这项研究模拟的是英国预测的气候变化，但其影响是全球性的。“全球北方的粮食系统已经受到天气模式变化、不可预测的生长季节和更频繁的热浪的挑战，”埃克勒女士说。“在热带和亚热带地区，这些地区还要应对干旱、害虫和土壤退化等相互叠加的胁迫因子——并且是数百万直接依赖农业获取食物和收入的人们的家园。”

埃克勒女士和她的团队愿意与更广泛的研究界，包括来自农业、营养和气候政策领域的人士，就此项目进行进一步合作。“将植物科学与更广泛的人类福祉问题联系起来非常重要。随着气候持续变化，我们必须整体思考我们正在构建的粮食体系——一个不仅能生产足够粮食，还能促进健康、公平和韧性的体系，”埃克勒女士说。“食物不仅仅是卡路里；它是人类发展和适应气候的基础。”

该研究将于2025年7月8^日在比利时安特卫普举行的实验生物学学会年度会议上发表。