研究气候变化的农业科学家通常关注大气中二氧化碳含量的增加将如何影响农作物产量。但研究人员在一篇关于这一话题的新综述中报告称，不断上升的气温可能会使情况变得更加复杂。
发表在《实验植物学杂志》上的这篇综述探讨了在大气中二氧化碳(光合作用的关键成分)的可用性更高的情况下，高温如何影响植物的生长和生存能力。
研究人员写道，过热会降低驱动光合作用的酶的效率，杏耀信任度并可能阻碍植物调节二氧化碳吸收和水分流失的能力。结构特征可以使植物或多或少地对热胁迫敏感。生态系统属性——例如植物的大小和密度、植物叶子的排列或当地的大气条件——也会影响热量如何影响作物产量。
该综述描述了解决这些挑战的最新科学努力。
“重要的是要了解这些问题的尺度——从个人叶子的生物化学生态层面影响,为了真正解决这些问题以通知的方式,”主要作者凯特琳摩尔称,西澳大利亚大学的研究员和一个附属研究所研究员可持续发展,能源和环境伊利诺伊大学香槟分校。摩尔与另一位伊利诺伊大学的校友、现就职于英国埃塞克斯大学的阿曼达·卡瓦纳(Amanda Cavanagh)共同主持了这项研究
“历史上，一直有很多人关注二氧化碳上升及其对植物的影响，”合著者卡尔·伯纳奇说，他是植物生物学和作物科学教授，同时也是伊利诺伊大学卡尔·r·沃斯基因组生物学研究所的附属机构。“这是一个重要的因素，因为我们正在极大地改变二氧化碳的浓度。但这只是大事件的一小部分。一旦你把变化的温度考虑在内，它就会完全打乱我们对植物将如何反应的理解。”
“以Rubisco为例，它是将二氧化碳固定成糖的关键酶，使地球上的生命成为可能，”Cavanagh说。“Rubisco随着温度的升高而加速，但它也容易出错。”
Rubisco有时会固定氧气，而不是通过结合糖来固定二氧化碳，这是光合作用的关键步骤，它会启动一种不同的途径来浪费植物的资源。Cavanagh说，更高的温度使这种情况更有可能发生。在更高的温度下，酶将开始失去其结构完整性，使其无效。
过热也会破坏植物的繁殖能力。其他热敏性酶对植物的光收获机制是必不可少的，或者在将糖输送到不同的植物组织中发挥作用，使植物生长并结出谷物或水果。
“如果这些小分子机器被推到最佳温度范围之外，那么它们就无法发挥作用，”卡瓦纳说。
当温度升高过高时，植物的叶子会打开表面的气孔来冷却自己。气孔也能让植物从大气中吸收二氧化碳，但当气孔完全打开时，叶子会失去太多的水分。
“温度会影响植物上方的大气，”摩尔说。“随着大气温度升高，它可以储存更多的水，所以它从植物中抽取更多的水。”
伊利诺斯州和其他地方的科学家们正在寻找方法，以增强农作物在面对这些变化时的适应力。摩尔的工作重点是生态系统尺度的因素，他说，能够帮助大规模筛选植物的新工具对这一努力至关重要。例如，可以检测植物叶绿素荧光变化的卫星可以指示作物是否处于高温胁迫。这些荧光变化可以在植物表现出热胁迫的任何外在迹象之前被检测到——比如它们的叶子变成棕色。开发这些工具可以使农民在造成更大的损害之前对作物的压力做出更快的反应。
研究植物分子生物学和生理学的Cavanagh说，有些植物比其他植物更耐热，科学家们正在研究它们的基因组，寻找它们成功的线索。
她说:“例如，你可以看看水稻的澳大利亚野生亲戚，它们生长在比大多数水稻更恶劣的气候中。”“你可以看到，它们的酶在高温下工作效率更高。”
其中一个目标是将耐热基因转移到更容易受到热胁迫的水稻品种上。
其他策略包括工程结构，将更多的二氧化碳泵到碳固定位置，以提高Rubisco效率;改变植物顶部和底部叶子收集光线的特性，以平衡阳光的分布，保持水分水平;改变气孔密度，改善气孔对CO2流入和水分流失的控制。
这组科学家说，专注于不同规模的生态系统和植物功能(从大气到分子)的科学家之间的合作，对于建立作物适应性的努力的成功至关重要。
“世界正在以惊人的速度变热，”Cavanagh说。“我们从全球模型中了解到，杏耀的安全总温度每升高一摄氏度，我们四种主要作物的产量就会损失3%到7%。所以，这不是我们可以忽略的。
她说:“让我感到乐观的是，我意识到，要在全球范围内解决这个问题，需要付出大量的努力。”
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