多年来，科学家们一直将增强的光合作用视为增加大气中二氧化碳 (CO2 ) 水平的唯一可能亮点之一——由于植物使用二氧化碳进行光合作用，预计更高水平的气体将导致更多生产性植物。在 11 月 3 日在《植物科学趋势》上发表的一篇评论中，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低于预期，因为升高的 CO2水平使植物难以获得生长所需的矿物质，并且提供有营养的食物。
“文献中有许多报道表明，预计 21 世纪末的 CO2水平将导致大多数植物中的氮浓度降低，主要影响植物产品中的蛋白质含量，”第一作者 Alain 说法国国家农业、食品和环境研究所的研究主任Gojon。“了解为什么在 CO2浓度升高的情况下种植植物会对大多数主食作物的蛋白质含量和未来的粮食产生如此负面的影响，这一点非常重要。”
植物利用光合作用将CO2结合到糖中，并从中获取能量。然而，光合作用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，是通过它们的根系从土壤中吸收的。氮特别重要，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将难以构建其组织，而且它会为人类提供更少的营养。“很明显，全球使用的主要作物，如水稻和小麦，的营养成分受到 CO2升高的负面影响。这将对食品质量和全球粮食安全产生重大影响，”通讯作者说法国国家科学研究中心研究员安托万·马丁。
“对人类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 补充道。“第一个是由氮制成的蛋白质。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，而在 CO2升高的情况下生长的植物蛋白质含量可能会减少 20% 到 30%。第二个一个是铁。缺铁已经影响到全世界大约 20 亿人。”
除了全球粮食系统之外，大气中 CO2水平升高时植物的矿物质状态降低可能会导致缓解气候变化的负反馈循环。“如果大多数植被缺乏氮和其他矿物质，那么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 CO2的任何额外增加，”Gojon 说。
“我们希望真正了解导致 CO2升高对植物矿物成分产生负面影响的机制，”Martin 说。“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，之后可用于提高未来 CO2气氛下的作物营养价值。”
期刊参考：
Alain Gojon、Océane Cassan、Liên Bach、Laurence Lejay、Antoine Martin。二氧化碳上升下植物矿物质营养的下降：生理和分子方面的糟糕交易。植物科学趋势，2022；DOI: 10.1016/j.tplants.2022.09.002
