伊利诺伊大学香槟分校的戴安娜·耶茨 与气候变化相关的气温上升影响了植物保持其结构完整性、吸收二氧化碳、保持水分以及生长和繁殖的能力
信用:朱莉·麦克马洪 研究气候变化的农业科学家通常关注大气二氧化碳水平的增加将如何影响农作物产量
但是，研究人员在一份关于这一主题的新综述中报告说，气温上升可能会使情况变得复杂
这篇综述发表在《实验植物学杂志》上，探讨了尽管大气中的CO2更易获得，但更高的温度如何影响植物的生长和生存能力，CO2是光合作用的一个关键组成部分
研究人员写道，过热会降低驱动光合作用的酶的效率，并会阻碍植物调节CO2吸收和水分流失的能力
结构特征可以使植物对热胁迫更敏感或更不敏感
生态系统的属性——如植物的大小和密度、植物叶子的排列或当地的大气条件——也会影响热量对作物产量的影响
这篇综述描述了应对这些挑战的最新科学成果
“为了真正以一种知情的方式解决这些问题，从单个叶子的生物化学到生态系统层面的影响，理解这些跨尺度的问题是很重要的，”主要作者凯特琳·摩尔说，她是西澳大利亚大学的研究员，也是伊利诺伊大学香槟分校可持续发展、能源和环境研究所的附属研究员
摩尔和另一位美国科学家阿曼达·卡瓦纳一起主持了这次评论
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现在是美国埃塞克斯大学的校友
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“从历史上看，人们一直非常关注二氧化碳的增加及其对植物的影响，”合著者卡尔·贝纳祺说，他是植物生物学和作物科学的教授，也是卡尔·R
美国威尔斯基因组生物学研究所
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“这是一个重要因素，因为我们正在极大地改变二氧化碳浓度
但这只是整个故事的一小部分
一旦你把变化的温度加入到混合物中，它就完全打乱了我们对植物如何反应的理解
" “以鲁比斯科为例，它是将二氧化碳固定在糖中的关键酶，使地球上的生命成为可能，”卡瓦纳说
“鲁比斯科随着温度的升高而加速，但它也容易出错
" 从左至右，凯特琳·摩尔、卡尔·贝纳祺、凯瑟琳·米查姆-亨塞尔和他们的同事回顾了气温上升如何影响植物的光合作用，以及科学家如何应对这些挑战
信用:克莱尔本杰明/熟项目 鲁比斯科不是通过将二氧化碳与糖结合来固定二氧化碳，糖是光合作用的关键步骤，而是有时固定氧气，启动一种浪费植物资源的不同途径
卡瓦纳说，更高的温度使这种可能性更大
在更高的温度下，酶将开始失去其结构的完整性，使其无效
过热也会破坏植物的繁殖能力
其他热敏酶对植物的光收集机制至关重要，或者在将糖转移到不同的植物组织中发挥作用，使植物生长并产生谷物或水果
“如果这些小分子机器被推到最佳温度范围之外，那么它们就无法工作，”卡瓦纳说
当温度升得太高时，植物叶子会打开它们表面的气孔来冷却自己
气孔也允许植物从大气中吸收二氧化碳，但是当它们完全打开时，叶子会失去太多的水分
“温度影响工厂上方的大气，”摩尔说
“随着大气变热，它可以容纳更多的水，所以它从植物中吸取更多的水
" 伊利诺伊州和其他地方的科学家正在寻找方法来提高作物在面对这些变化时的恢复能力
摩尔的工作集中在生态系统尺度的因素上，他说可以帮助大规模筛选植物的新工具对这项工作至关重要
例如，能够检测植物叶绿素荧光变化的卫星可以指示作物是否处于热胁迫之下
这些荧光的变化在植物表现出任何外部热胁迫迹象之前就可以被检测到——比如它们的叶子变成褐色
开发这些工具可以使农民在造成太大损失之前更快地应对作物压力
卡瓦纳研究植物的分子生物学和生理学，他说有些植物比其他植物更耐热，科学家们正在寻找它们的基因组来寻找成功的线索
合著者阿曼达·卡瓦纳研究植物的分子生物学和生理学
信用:克莱尔本杰明/熟项目 “例如，你可以看看野生的澳大利亚水稻亲属，他们比大多数水稻生长在更恶劣的气候条件下，”她说
“你可以看到，它们的酶在更高的温度下工作更有效率
" 一个目标是将耐热基因转移到对热胁迫更敏感的栽培水稻品种上
其他策略包括工程结构，将更多的CO2泵送到碳固定点，以提高鲁比斯科的效率；改变植物顶部和底部叶片的聚光特性，使阳光分布均匀，保持湿度水平；并且改变气孔的密度以改善它们对CO2流入和水分损失的控制
研究人员说，专注于不同尺度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，对于在作物中建立复原力的努力取得成功至关重要
“世界正以惊人的速度变得越来越热，”卡瓦纳说
“我们从全球模型中了解到，总温度每升高1摄氏度，我们四种主要作物的产量就会减少3%到7%
所以，这是我们不能忽视的
她说:“让我感到乐观的是，我意识到全球正在投入大量工作来解决这个问题。”
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