二氧化碳水平升高会导致植物缺乏矿物质，导致营养作物减少

多年来，科学家们一直将增强光合作用视为大气中二氧化碳含量增加的唯一可能的好处之一——因为植物利用二氧化碳进行光合作用，因此可以预期，更高水平的二氧化碳将导致植物产量更高。科学家们现在解释了为什么这种影响可能比预期的要小，因为二氧化碳水平的升高使得植物很难获得生长所需的矿物质，并提供有营养的食物。

　　

多年来，科学家们一直将增强光合作用视为大气中二氧化碳含量增加的唯一可能的好处之一——因为植物利用二氧化碳进行光合作用，因此可以预期，更高水平的二氧化碳将导致植物产量更高。在11月3日发表在《植物科学趋势》上的一篇综述中，法国蒙彼利埃植物科学研究所的科学家解释了为什么这种影响可能比预期的要小，因为二氧化碳水平升高使植物难以获得生长所需的矿物质，并提供有营养的食物。

法国国家农业、食品和环境研究所的研究主任、第一作者Alain Gojon说:“文献中有许多报告表明，预计在21世纪末的二氧化碳水平将导致大多数植物中氮的浓度降低，主要影响植物产品中的蛋白质含量。”“了解为什么在二氧化碳浓度升高的环境中种植植物会对大多数主要作物的蛋白质含量和未来的食物产生如此负面的影响是非常重要的。”

植物利用光合作用将二氧化碳转化为糖分，从而获得能量。然而，光合作用并不能为植物提供生长所需的关键矿物质。对于大多数植物来说，这些矿物质，如氮、磷和铁，是通过根系从土壤中吸收的。氮尤其重要，因为它是植物用来制造蛋白质的氨基酸的关键组成部分。

缺氮不仅意味着植物组织生长困难，还意味着它向人类提供的营养也会减少。“显而易见的是，全球主要作物的营养成分，如水稻和小麦，受到了二氧化碳浓度升高的负面影响。这将对粮食质量和全球粮食安全产生重大影响，”通讯作者、法国国家科学研究中心研究员Antoine Martin说。

“对人体营养至关重要的两种主要营养素可能会受到这种现象的影响，”Gojon补充说。“第一种是由氮构成的蛋白质。在发展中国家，这可能是一个大问题，因为这些国家的许多饮食中蛋白质含量不高，在二氧化碳浓度升高的环境中生长的植物蛋白质含量可能会少20%到30%。第二种是铁。据估计，缺铁已经影响到全球20亿人。”

除全球粮食系统外，在大气CO2含量增加的情况下，植物矿物质含量降低可能会导致减缓气候变化的负反馈循环。Gojon说:“如果大部分植被缺乏氮和其他矿物质，与增强光合作用相关的陆地碳汇可能会受到限制，这可能会阻止从大气中捕获的二氧化碳的任何额外增加。”

马丁说:“我们想真正了解导致二氧化碳浓度升高对植物矿物成分产生负面影响的机制。”“例如，我们目前正在探索这些负面影响背后的自然遗传变异，之后可以用于提高未来二氧化碳大气下的作物营养价值。”

Journal Reference:

1. Alain Gojon, Océane Cassan, Liên Bach, Laurence Lejay, Antoine Martin. The decline of plant mineral nutrition under rising CO2: physiological and molecular aspects of a bad deal. Trends in Plant Science, 2022; DOI: 10.1016/j.tplants.2022.09.002ccessed November 3, 2022).