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

他写道，更高的温度、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。尽管某些植物和地区可能受益于气候变化的某些方面，但若无持久且昂贵的干预措施，更多作物将面临潜在的灾难性减产。

"到2050-60年间，农作物将处于与今日截然不同的环境，"Long写道。大气CO₂浓度已从工业革命前约200ppm升至"2024年的427ppm，预计2050年将达600ppm。"

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。他写道，预期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。Long表示，通过改良作物使其在困境中维持生长甚至提高产量是可能的。这项工作虽耗时昂贵，但已启动。

例如，研究人员正评估特定农作物不同品种的耐热、抗旱及抗洪能力，筛选具备潜在优势特性的品种。发掘赋予这些优势的遗传性状后，科学家可通过植物育种和基因工程培育抗逆性更强的作物。

科学家经艰苦研究发现，某些水稻品种能在强洪期间承受长达两周的淹没，而其他品种则具备更强的耐热性。这些发现为开发强健栽培种提供了机遇。

随着温度上升，植物必须抵御多重挑战。Long指出，大气干燥能力随温度升高而增强，会通过气孔从叶片夺取水分。这降低植物水分利用效率，加剧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，但这会影响其从大气吸收二氧化碳的能力——这是光合作用的关键步骤，"Long解释道。

在实验室与田间试验中，研究人员发现增强植物传感器蛋白基因表达，可在不影响光合作用前提下减少气孔失水。

"该技术使田间种植烟草叶片水分利用效率提高15%，整体植株耗水量降低30%，"Long写道。因基因改造速度优势，烟草常被用作各类植物的"试验平台"。

研究还发现可通过降低水稻小麦叶片气孔密度，使水分利用效率提升15-20%且不减产。

Long指出，高浓度二氧化碳本身会改变植物生理：虽能通过促进光合作用产生益处，但也会引发负面效应。高CO₂会改变关键酶水平从而干扰植物代谢调控。科学家发现调整调控rubisco（关键光合酶）的蛋白质水平，可提升高CO₂环境下的光合效率。

为说明粮食作物的增产潜力，Long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，而非人类食用。

"1980至2024年间，美国玉米单产翻倍，而高粱仅增长12%，"他表示。玉米的成功源于跨国企业的巨额投资，但公益性领域尚未获得同等投入。

他写道，若无类似投资，"很难预见作物抗逆技术能在必要规模上实现应用"。

Long同时担任伊利诺伊大学卡尔·R·伍斯基因组生物学研究所教授，研究获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。