综述：利用育种和生物技术创新应对气候变化下的全球粮食安全

《Functional & Integrative Genomics》：Harnessing breeding and biotechnological innovations for global food security under climate change

本综述系统探讨了气候变化背景下通过育种创新（常规育种与生物技术）、多组学技术（转录组学、蛋白组学、代谢组学）以及可持续农艺实践（间作、农林复合、生物肥料/生物炭）来培育抗逆作物、提升土壤健康与粮食安全的关键策略，并强调了政策支持与跨部门合作的重要性。

　　

Abstract

环境保护与全球粮食安全的日益关切因生物和非生物胁迫而加剧，这些胁迫包括干旱、热浪、冷激和洪水，所有这些都显著降低作物产量并威胁粮食供应。气候变化放大了这些挑战，对全球农业生产力和粮食安全造成了严重影响。为应对这些挑战，通过开发气候韧性作物来加强粮食生产至关重要，重点在于培育能够同时抵抗非生物和生物胁迫的作物。这可以通过常规育种、生物技术以及先进的组学技术（如转录组学（transcriptomics）、蛋白质组学（proteomics）和代谢组学（metabolomics））来实现。这些方法已经揭示了对于提高作物韧性至关重要的关键基因、蛋白质和代谢途径。可持续农业实践，包括间作（intercropping）、农林复合（agroforestry）以及使用生物肥料（biofertilizers）和生物炭（biochar），也是改善土壤结构和保水能力的关键策略。此外，支持性政策，如农业推广服务、公共和私营部门之间的合作以及关于气候韧性作物的农民教育，对于培养农业的气候韧性至关重要。本综述整合了现有知识，并重点阐述了这些策略在应对粮食不安全方面的作用，特别关注支撑植物气候韧性的基因组创新。

引言：气候变化下的粮食安全挑战

全球农业正面临着前所未有的压力。由气候变化引发的极端天气事件，如干旱、热浪、寒潮和洪水等非生物胁迫，以及随之可能加重的病虫害等生物胁迫，对作物产量构成了严重威胁，直接动摇全球粮食安全的根基。应对这一挑战的核心策略是发展能够适应并抵抗这些胁迫的气候韧性作物（climate resilient crops）。

培育气候韧性作物的技术路径

作物改良是提升粮食产量的关键。传统育种技术通过选择和杂交，积累了丰富的抗逆种质资源。而现代生物技术与先进组学技术的融合，则为作物改良提供了前所未有的精准度和效率。

组学技术，包括转录组学、蛋白质组学和代谢组学，如同精密的“侦察系统”，能够在大规模水平上解析作物在胁迫条件下的响应机制。它们帮助科学家识别出与抗逆性相关的关键基因、蛋白质及代谢物，并阐明其调控的网络和通路。这些发现为分子标记辅助选择（Marker-Assisted Selection, MAS）和基因工程等生物技术方法提供了直接的靶点，加速了优良性状的导入和聚合，从而更高效地培育出能够耐受干旱、高温、盐碱等多种胁迫的新品种。

可持续农艺实践增强系统韧性

除了作物本身的改良，田间管理 practices 对于构建气候韧性农业系统同样不可或缺。可持续的农艺实践旨在优化资源利用，提升农业生态系统的健康度和稳定性。

间作和农林复合等种植模式可以增强生物多样性，改善微气候，减少土壤侵蚀，并提高土地利用效率。使用生物肥料（如含有益微生物的菌剂）可以促进作物养分吸收，减少对化学肥料的依赖。生物炭作为一种土壤改良剂，其多孔结构有助于提高土壤的持水能力和养分保留能力，特别在干旱和贫瘠土壤地区显示出巨大潜力。这些实践共同作用，通过改善土壤结构和增强水肥管理，为作物生长创造了更有利的环境，间接提升了作物应对气候胁迫的能力。

政策与协作的关键作用

技术与实践的落地离不开有利的政策环境和广泛的社会协作。农业推广服务是将研究成果转化为农民田间技术的重要桥梁，确保先进知识和技术能够惠及广大生产者。公共部门与私营机构的合作可以整合资源，加速创新技术的研发与推广。同时，对农民进行关于气候韧性作物品种和可持续管理技术的教育至关重要，这能提升他们适应气候变化的能力和意愿。这些支持性政策是连接科技创新与田间应用，最终实现农业可持续发展的保障。

总结与展望

面对气候变化对粮食安全的严峻挑战，单一解决方案往往力有未逮。本综述强调，需要采取一种综合性的策略，将作物遗传改良（通过育种与生物技术）、可持续田间管理实践以及强有力的政策支持三者紧密结合。基因组学的创新不断揭示植物抗逆性的分子基础，为精准育种提供了强大工具。未来，进一步整合多组学数据，利用人工智能等先进技术进行模型预测和设计育种，将有望更快速地培育出适应未来气候条件的新作物品种，为保障全球粮食安全做出决定性贡献。