中国农业科学院国家南繁研究院（以下简称“南繁院”）专家团队以《探索二氧化碳升高对粮食安全在作物养分代谢、生长和品质方面的影响》（Exploring the Impacts of Elevated CO2 on Food Security: Nutrient Assimilation, Plant Growth, and Crop Quality）为题近期在中国工程院旗舰期刊Engineering发表综述文章，全面系统分析了大气二氧化碳浓度升高对水稻、小麦、玉米等主要粮食作物在生长、产量、养分代谢和籽粒品质等方面的影响及其给人类健康带来的风险，揭示了许多尚未阐明的科学问题，并提出了未来研究的方向和策略。

    该研究通过综合分析大量文献报道，发现水稻、小麦、玉米、大麦等主要粮食作物在大气二氧化碳浓度升高的环境下其氮素组织含量显著降低，导致这些作物籽粒中的氨基酸、蛋白和维生素含量显著减少。同时，高二氧化碳下作物中的磷、硫、锌、铁、铜、锰、镁等人类膳食矿质元素含量也显著降低，而其中的非结构性碳水化合物（主要是淀粉和糖）则含量升高。谷粒中氨基酸和蛋白含量降低带来的一个可能后果是蛋白-能量营养失衡，而其微量元素的降低则可能导致人类膳食微量元素亏缺，淀粉和糖分的增加则加剧人患糖尿病的风险（见下图）。

    针对大气二氧化碳升高给作物代谢带来的上述不利影响，该研究从作物生理、分子、代谢及生态等方面提出了未来研究的方向和策略，包括：1）利用多组学技术和大数据分析AI技术，详细分析气候变化对作物基础生物学带来的影响，阐明作用的基因和调控途径，并结合现代分子育种技术创制智能应对气候变化的作物抗逆新品种；2）对大气二氧化碳升高环境下土壤微生物在作物发育中的作用开展研究，尤其是在土壤微生物改善作物营养利用状况促进植物生长方面开展深入研究。

    南繁院全职科学家、中国工程院外籍院士Felix D. Dakora教授为论文第一作者和通讯作者，南繁院/作科所李慧慧研究员和南繁院/生物所赵军研究员参与该研究工作。该研究得到南非国家研究基金、兹瓦尼大学及南非农业化学和植物共生固氮研究主席基金，中国农业科学院南繁专项（YBXM2408、YBXM2319）、创新工程（CAAS-CSIAF-202303）及三亚市科技创新专项（2022KJCX87）的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.12.018