一组研究人员已经对土豆进行了改造，以更好地抵御气候变化的影响，在极端高温条件下实现了块茎重量增加30%的成果。这一创新可能会增强依赖土豆作物的家庭的粮食安全，尤其是在已经面临气候相关干扰影响的地区，多个种植季节都受到威胁。
一组研究人员已经对土豆进行了改造，以更好地抵御气候变化的影响，在极端高温条件下实现了块茎重量增加30%的成果。这一创新可能会增强依赖土豆作物的家庭的粮食安全，尤其是在已经面临气候相关干扰影响的地区，多个种植季节都受到威胁。
“为了应对气候变化脆弱地区对食物日益增长的需求，我们必须培养能够承受更频繁和更强烈热浪的作物，”伊利诺伊大学“实现光合作用效率提升（RIPE）”项目的科学项目经理凯瑟琳·米查姆-亨索尔德表示。“我们在田野试验中观察到的块茎质量提高30%突显了增强光合作用以创造抵御气候挑战的作物的潜力。”
米查姆-亨索尔德为RIPE主导了这一研究，RIPE是一个全球项目，旨在通过开发更有效地将阳光转化为营养的作物来改善粮食可及性。从2017年到2023年，RIPE得到了比尔和梅琳达·盖茨基金会、食品与农业研究基金会以及英国外交、联邦及发展事务办公室的支持，目前由比尔和梅琳达·盖茨农业创新（Gates Ag One）支持。
挑战
光呼吸是一个可以减少大豆、稻米和多种蔬菜等作物产量高达40%的过程。当酶Rubisco与氧气而非二氧化碳（CO2）相互作用时，就会发生光呼吸，这在理想条件下大约发生25%的时间，但在较高温度下更为常见。因此，植物必须花费大量的能量来处理光呼吸的有毒副产物（甘氨酸），而这些能量本可以用来支持生长。
“光呼吸对植物施加了重大能源负担，”米查姆-亨索尔德解释道。“这种能量损失会影响食品生产，因为这些能量重新导向了去毒化过程。我们的目标是通过绕过植物原有的光呼吸途径来减少这部分能量浪费。”
早期的RIPE研究人员证明，向模型植物中引入两个新基因，甘氨酸脱氢酶和苹果酸合酶，可以提高光合作用效率。这种基因改造使植物能够在叶绿体中处理毒素（甘氨酸）——负责进行光合作用的叶片部分，而不是在不同的细胞区域之间移动。
解决方案
这一能量的节约导致模型作物的生长改善，当前团队期待这些增强体现在他们的粮食作物中。他们不仅观察到了积极的变化，最近在《全球变化生物学》上发表的广泛研究显示，在热浪条件下好处增加了三倍，而这类情况因气候变化变得愈发常见和严重。
在2022年的田间季节，还没过三周，一场热浪使温度连续四天超过95华氏度（35摄氏度），两次超过100华氏度（38摄氏度）。经过短暂的较凉温度后，热浪再次来袭，温度再次接近100华氏度。
与普通对照组土豆相比，基因改造的土豆在高温下产生了30%的更多块茎，充分利用了它们增强的耐热能力和提高的光合作用效率。
“本研究的一个关键方面是证明我们旨在提高光合作用和产量的基因改造并未对土豆的营养质量产生负面影响，”植物生物学与作物科学的罗伯特·埃默森教授兼RIPE项目副主任唐·奥特表示。“粮食安全不仅涉及生产的卡路里数量，也涉及食物本身的营养质量。”
为了验证他们的发现适用于不同条件，有必要进行多地点田间试验。然而，土豆中的积极结果也可能表明，在其他块茎作物（如木薯）中也可能实现类似的进展，木薯是撒哈拉以南非洲重要的食物来源，该地区预计将受到全球气温上升的显著影响。
