玉米是地球上最重要的农作物之一。它不仅能为许多菜肴提供甜味玉米粒，还能用于榨油、制作甜味糖浆和作为牲畜饲料。世界各地的农场都在培育玉米，以最大限度地提高产量。

但是气候变化下会发生什么?华盛顿大学领导的研究将气候预测与植物模型结合起来，以确定哪种特性组合可能最适合未来的气候。该研究利用2050年和2100年美国各地的天气和气候预测，以及模拟玉米生长的模型，找到了在未来全国条件下能够产生最高、最可靠产量的特性组合。

这篇开放获取的论文发表在《环境研究：食品系统》上。《华盛顿大学新闻》就这项研究及其发现采访了资深作者、华盛顿大学大气科学和生物学教授阿比盖尔·斯旺(AbigailSwann)。

我们未来的气候将更加温暖，空气更加干燥，大气中二氧化碳的浓度也更高。对于所有这些变化将如何影响植物生长，人们是否有一个广泛的认识?

对于玉米，我们团队之前的一项研究发现，高温和干燥空气的影响大小大致相同，两者都会导致玉米产量下降，而更多的二氧化碳可用于光合作用则会增加产量。然而，二氧化碳带来的产量增加不足以抵消其他两种变化带来的产量下降，因此玉米产量总体下降。

总体而言，未来气温升高(我们预计)将使农作物生长更快，但产量也会下降。当然，降水的变化也会影响不同地区的农作物生长，但总体影响较小，尤其是对依赖灌溉的农作物。

通常，许多人认为气候变化会改变某些作物的生长地。您的研究表明，我们今天种植的作物品种并不适合未来的任何地方。这是为什么呢?

随着气候持续变暖，我们可以通过将现有作物品种移至空气较冷的两极来适应。但将现有品种移至新地方并不足以弥补气候变暖带来的作物产量损失，因为高温的影响非常有害。

我们的研究调查了100种可能的玉米品种，我们发现未来最成功的品种并不是现在成功的品种——我们需要适应新气候的新作物。

根据您的研究，与目前表现最好的玉米品种相比，您能否描述一下在未来气候条件下表现最好的玉米品种?

玉米植株首先长出叶子，然后转而长出谷粒。我们发现，如今的玉米植株必须在长出大量叶子和在生长季中留出足够时间长出大量谷粒之间做出权衡。这意味着当今最成功的品种不会长出太多叶子，因此它们可以在生长季早期转而长出谷粒。

长出更多叶子可能能够提高玉米的光合作用能力，从而增加其产出的谷物数量，但目前这样做的代价是生长季节缩短。

未来，整体气候将更加温暖，玉米种植时间可能会提前，收获时间可能会推迟。玉米的生长季变长，可以缓解这种矛盾，既能长出更多叶子，又有足够的时间长出谷粒(在更热的温度下，玉米生长速度加快，还能带来额外的好处)。

因此，从这个意义上说，未来的玉米植株基本上可以鱼与熊掌兼得。我们模拟的利用了长出更多叶子的能力的品种在未来气候条件下的产量要高于长出叶子较少的品种。然而，这对玉米来说并不是好消息。虽然玉米能够长出更多叶子，并且还有充足的时间生长谷物，但高温和干燥空气的不利影响将降低总产量。长出更多叶子和延长生长季节有助于缓冲这些不利影响，但总体而言，我们模拟的所有玉米植株在未来气候条件下的表现都更差。

在这些气候条件成为现实之前，有没有办法在真实植物上验证这些结果?

虽然我们发现的在未来气候条件下生长最好的植物目前还不存在，但具有这些特征的植物可以通过使用CRISPR等基因技术快速培育出来。然后，它们可以在受控的气候条件下生长，看看我们的发现是否适用于真正的植物。这个过程的这一部分速度快得惊人，因此我们可以在需要之前创造和试验新的植物品种。

为什么使用计算机模型比像过去那样进行选择性育种更有帮助?

培育新作物品种是一个非常缓慢的过程。从最初的培育到测试和农民采用可能需要几十年的时间。这个过程首先从现有作物品种中筛选出具有理想特性(包括高产)的品种。然后，将这些新的潜在品种组合起来，在多种环境中种植和测试，并采用不同的管理方式。最后，最终品种将投入商业化生产，然后农民就可以采用。

通过模拟，我们可以测试更多可能适合新品种的特征组合，并利用这些知识指导育种的初始阶段。这可以加快育种过程，提高我们适应气候变化的能力。它还为我们提供了有关我们可以尝试创造哪些与现有品种相差甚远的特征的信息。

您的研究与更广泛的气候适应领域有何关联?

我们需要以多种方式调整农业，以支持不断增长的人口和不断增长的粮食需求，以及随着气候变暖而预计会出现的农作物产量损失。我们的研究有助于启动培育气候适应性作物的过程，通过设想这些作物应该是什么样子。我们的研究还为如何对玉米以外的其他作物类型进行这种分析提供了蓝图。

虽然我们这项研究的重点是玉米，但我们认为我们的工作展示了一种可应用于任何作物的方法，因此更像是一份蓝图，说明如何将气候变化的预期影响纳入新作物品种的培育中。

在美国，我们最近听说由于出生率较低以及转向资源密集程度较低的植物性饮食，人口数量趋于平稳。您能解释一下为什么我们仍然预计全球对玉米的需求会增加吗?

全球人口仍在增长，除了总人口增长外，全球人口也变得越来越富裕，肉类消费量也在增加。在美国，我们的饮食已经非常依赖肉类，因此从健康和环境的角度来看，转向资源密集程度较低的植物性饮食非常有意义。

但目前世界上许多地方的肉类消费量非常低。随着这些人群财富的增加，我们预计在某些情况下肉类消费量将会增加。财富的增加对这些人的福祉来说是一件好事。通过调整农业，我们希望缓冲气温升高带来的产量损失，并帮助为每个人提供足够的食物。

这项研究的下一步是什么?

我们希望与育种者合作，培育出我们研究中提出的一些玉米品种，并对其他主要全球粮食作物进行类似研究。我们目前正在寻求额外的资金来源来开展这些后续步骤。

首席作者JenniferHsiao是华盛顿大学生物学博士学位的一部分，这项研究是她完成的。合著者包括华盛顿大学环境与森林科学教授Soo-HyungKim、美国农业部的DennisTimlin和科罗拉多州立大学的NathanielMueller。

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