全球气温正在上升，专家预测到2050年气温将上升2.7°F。由于植物无法调节自身的温度，因此它们对这些温度变化特别敏感。

在温度较高时，植物会指示其根系生长得更快，长出长根，穿过土壤吸收更多的水分和养分。虽然这种反应可能在短期内对植物有帮助，但新的研究表明，这不仅对植物来说是不可持续的，而且从长远来看对人类也有潜在危害。

索尔克研究所的研究人员发现，当某些植物对高温作出反应，根部快速生长时，它们体内两种重要营养物质——氮和磷的含量会降低，这会导致它们被消耗时营养价值降低。

同时，如果土壤中这些营养物质的含量较低，植物根部的生长速度就会变慢，并且无法对较高的温度做出足够的反应。

关于高温下根系生长和养分利用之间相互作用的新的分子细节将为索尔克理想植物工程提供信息。索尔克理想植物是由索尔克植物利用计划培育的一系列具有碳捕获能力、能抵御气候变化的小麦、水稻、玉米和其他作物。

“全球变暖将导致地球温度显著升高，植物不可避免地会做出反应，”该研究的资深作者、利用植物计划执行主任、植物科学赫斯主席索尔克教授沃尔夫冈·布希(WolfgangBusch)说。

“事实上，高温会耗尽植物中这些重要的营养成分，这对人类和动物的饮食未来是一个真正的担忧，也是我们在设计更具弹性的作物时想要考虑到的问题。”

植物的生长和发育会根据环境温度而变化，这一过程称为热形态发生。为了更深入地了解这一过程，索尔克研究所的研究人员研究了拟南芥，这是一种芥菜科的小型开花植物。

在早期的实验中，他们注意到植物地上部分，即所谓的芽，在高温下会长得更长。这让索尔克研究小组想知道这些温度如何影响植物的根部，以及水稻或大豆等农作物是否会有类似的反应。

为了回答这些问题，研究人员加大了温度，观察了拟南芥、水稻和大豆植物根部的生长情况。正如拟南芥芽在高温下生长加快一样，它的根部以及水稻和大豆根部的生长也加快了。但有一个问题：快速生长依赖于土壤中充足的氮和磷。

“氮和磷对植物的生长、发育和繁殖至关重要，所以它们已经存在于大多数肥料中，”这项研究的第一作者、布希实验室的博士后研究员SanghwaLee说。

“将这些营养物质与热形态发生联系起来后，我们现在可以着手改造植物并优化肥料，以确保未来高温下植物的生长不会因缺乏氮和磷而受到限制。”

在拟南芥中，根系生长加快与氮磷水平之间的关系取决于两种蛋白质：HY5和NRT1.1。HY5是一种转录因子，是一种调节特定基因何时“开启”或“关闭”的蛋白质。HY5负责监督NRT1.1的遗传指令，NRT1.1是一种感知氮的蛋白质，参与调节磷水平和协调植物根系生长。

高温下，HY5与NRT1.1协同作用，进行热形态建成。但随着氮和磷水平下降，HY5开始抑制NRT1.1的表达，根系生长减慢。

水稻和大豆都具有相似的蛋白质，它们与HY5和NRT1.1拥有共同的遗传祖先。Busch表示，水稻和大豆版本的HY5和NRT1.1需要进一步研究，但它们可能会像拟南芥的HY5和NRT1.1一样影响根系生长和养分吸收。

“现在很明显，氮和磷是控制高温压力下根部生长的关键，”Busch说。“当我们努力克服全球变暖对为不断增长的全球人口大规模生产营养食品所带来的挑战时，这一点至关重要。”

未来，研究人员将更深入地研究水稻、大豆和其他作物，以确定它们的HY5和NRT1.1蛋白类似物是否会有类似的反应。他们还将研究针对这些蛋白质的方法，并开发出即使在氮和磷不足的情况下也能继续生长根部的作物。

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