玉米是地球上最重要的作物之一。它不仅为许多菜肴提供了甜味，而且还被用于油中，作为甜味剂糖浆，以及作为牲畜的饲料作物。世界各地的农场都在培育玉米以使其产量最大化。

但是在气候变化下会发生什么呢?由华盛顿大学领导的研究将气候预测与植物模型结合起来，以确定哪些性状组合可能最适合未来的气候。这项研究使用了对2050年和2100年美国各地天气和气候的预测，并建立了一个模拟玉米生长的模型，以找到在未来全国各地条件下能产生最高、最可靠产量的性状组合。

这篇开放获取的论文发表在《环境研究:食品系统》上。西华大学新闻向资深作者、西华大学大气科学和生物学教授阿比盖尔·斯旺询问了这项研究及其发现。

我们未来的气候将会更温暖，空气更干燥，二氧化碳浓度更高大气中的二氧化碳浓度。对所有这些变化如何共同影响植物生长有一个广泛的认识吗?

对于玉米，我们小组之前的一项研究发现，更高的温度和更干燥的空气对玉米的影响大致相同，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，从而提高产量。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。

总的来说，像我们预期的那样，未来更热的温度将使作物生长得更快，但产量会降低。当然，降水的变化也会影响它们在不同地区的生长，尽管总体上影响较小，特别是对依赖灌溉的农作物。

通常，许多人认为气候变化会在什么时候发生变化某些作物可以生长。你的研究表明，我们今天种植的作物品种并不适合未来的任何地方。为什么呢?

随着气候持续变暖，我们可以通过将现有的作物品种移到更靠近两极的地方来适应，那里的空气更凉爽。但是，将现有品种转移到新的地方并不足以弥补我们预计在炎热气候下作物产量的损失，因为高温的影响是如此有害。

我们研究了100种可能的玉米品种，我们发现那些在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。

根据你的研究，你能描述一下在未来气候条件下表现最好的玉米品种，与目前表现最好的品种相比吗?

玉米先长叶子，然后再长谷物。我们发现，今天的玉米作物必须在长出大量叶片和在生长季节仍然有足够的时间来长出大量谷物之间做出权衡。这意味着现在最成功的品种不会长出很多叶子，所以他们可以在季节早期转而种植谷物。

长出更多的叶子可能会增加玉米的光合作用，这也会增加它能长出的谷物数量，但现在这是以更短的生长季节为代价的。

在未来，天气将整体变暖，玉米可能会提前播种，并在该季节晚些时候收获。较长的生长季节使玉米从这种权衡中解脱出来，使它既能长出更多的叶子，又有足够的时间来长出籽粒(在较热的温度下，更快的生长还有额外的促进作用)。

所以基本上，从这个意义上说，未来的玉米植物也可以鱼与熊掌兼得。在未来的气候条件下，我们模拟的那些能够长出更多叶子的品种比那些长出较少叶子的品种产量更高。不过，这对玉米来说不是好消息。虽然玉米将能够长出更多的叶子，并且仍然有足够的时间来长粒，但高温和干燥空气的不利影响将降低总体产量。长更多的叶子和更长的生长季节有助于缓冲这些不利影响，但总的来说，我们模拟的所有玉米植株在未来的气候条件下都表现得更差。

在气候变暖之前，有没有办法在真正的植物上验证这些结果条件变成现实?

虽然我们发现的在未来气候条件下生长得最好的植物现在还不存在，但具有许多这些特征的植物可以通过使用CRISPR等遗传技术快速繁殖。然后他们可以在可控的气候条件下种植，看看我们的发现是否适用于真正的植物。这个过程出奇的快，所以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选择更有帮助像过去那样进行人工繁殖吗?

培育新的作物品种是一个非常缓慢的过程。从最初的育种到测试和被农民采用可能需要几十年的时间。这个过程首先是从现有的作物品种中挑选出理想的特性，包括高产。然后，这些有潜力的新品种在不同的环境和不同的管理下进行组合、种植和试验。最后，最终的品种被商业化释放，然后可以被农民采用。

通过模拟，我们可以测试更广泛的可能的特征组合，这些特征组合可以很好地用于一个新品种，并利用这些知识来指导育种的第一阶段。这可以加快繁殖过程，加快我们适应气候变化的能力。它还为我们提供了一些信息，告诉我们可以尝试创造哪些与现有品种更远的特征。

你的研究如何适应更广泛的气候适应领域?

我们需要在许多方面调整农业，以支持不断增长的人口和不断增长的粮食需求，以及我们预计随着气候变暖而导致的作物产量损失。我们的研究通过设想这些作物应该是什么样子，帮助快速启动培育气候适应性作物的过程。我们的研究也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。

虽然我们的研究重点是玉米，但我们认为我们的工作是一种可以应用于任何作物的方法的示范，因此更多的是我们如何将气候变化的预期影响纳入新作物品种的育种的蓝图。

在美国，我们最近听到了一个由于较低的出生率和a而是转向资源密集度较低的植物燃料sed饮食。你能解释一下为什么在世界范围内，我们仍然预计玉米需求会增加吗?

世界人口仍在增长，除了总人数的增长外，全球人口越来越富裕，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，向资源密集型和植物性饮食的转变是很有意义的。

但目前世界上许多地区的肉类消费量非常低。随着这些人口财富的增加，我们预计在某些情况下肉类消费将会增长。财富的增加对这些人的福祉是一件好事。通过调整农业，我们希望能够缓解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?

我们希望与育种家合作，创造出我们研究中提出的一些玉米品种，并对其他主要的全球粮食作物进行类似的研究。我们目前正在寻求额外的资金来源，以实施这些后续步骤。

主要作者Jennifer Hsiao做了这项工作，这是她在华盛顿大学生物学博士学位的一部分。共同作者是华盛顿大学环境与森林科学教授Soo-Hyung Kim;美国农业部的丹尼斯·蒂姆林(Dennis Timlin);以及科罗拉多州立大学的纳撒尼尔·穆勒。

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