如果大氣中二氧化碳濃度持續(xù)增加，未來(lái)水稻的某些核心維生素含量可能會(huì)就此出現(xiàn)下降。

研究發(fā)現(xiàn)，氣候變化對(duì)以大米為生的極端貧窮國(guó)家孕產(chǎn)婦和兒童健康的影響尤為明顯。圖片來(lái)源：olly301

水稻是全球30多億人的主糧。而這30億人口中，很多人都負(fù)擔(dān)不起營(yíng)養(yǎng)豐富、含有完整蛋白質(zhì)、谷物、水果和蔬菜的多樣化飲食結(jié)構(gòu)。相對(duì)便宜的谷物是他們主要的卡路里來(lái)源，而這其中就包括水稻。

我的研究主要關(guān)注與氣候的波動(dòng)和變化相關(guān)的健康風(fēng)險(xiǎn)。在最近發(fā)表的一份研究中，我與來(lái)自中國(guó)、日本、澳大利亞和美國(guó)的多位科學(xué)家合作，對(duì)氣候變化的罪魁禍?zhǔn)祝簿褪嵌趸紳舛鹊纳仙梢愿淖兯緺I(yíng)養(yǎng)價(jià)值這一問(wèn)題進(jìn)行了評(píng)估。我們?cè)趤喼迣?shí)地種植了多種基因多樣性水稻品系，并就此分析了大氣二氧化碳濃度上升是如何改變水稻中蛋白質(zhì)、微量元素和B族維生素的水平。

我們的數(shù)據(jù)首次顯示，在科學(xué)家預(yù)估的2100年大氣二氧化碳濃度下生長(zhǎng)的水稻，其含有的4種B族維生素含量出現(xiàn)了下降。這些發(fā)現(xiàn)同時(shí)還支持了其他實(shí)地研究結(jié)果，比如在上述大氣條件下生長(zhǎng)的水稻，其蛋白質(zhì)、鐵和鋅的含量都相對(duì)較低，而這3種元素對(duì)胎兒和幼兒的早期發(fā)育非常重要。這些變化可對(duì)孟加拉國(guó)、柬埔寨等以大米為生的極端貧窮國(guó)家孕產(chǎn)婦和兒童健康的影響尤為明顯。

亞洲許多極端貧困地區(qū)都以水稻為主食

亞洲水稻產(chǎn)量和消費(fèi)量占全球總量的90%，貧困人口占全球貧困總?cè)丝诘?0%以上。圖片來(lái)源：國(guó)際水稻研究所IRRI

二氧化碳和作物生長(zhǎng) 植物從大氣二氧化碳中汲取生長(zhǎng)所需的碳，并從土壤中吸收其他所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。人類活動(dòng)——尤其是化石燃料燃燒和森林砍伐——導(dǎo)致大氣二氧化碳濃度從工業(yè)化前的280ppm增加到如今的410ppm。如果全球排放率保持現(xiàn)狀，那么到2100年，大氣二氧化碳濃度很有可能會(huì)上升到1200ppm（其中包括甲烷和其他氣體排放量）。

通常，較高濃度的二氧化碳能夠刺激植物的光合作用和生長(zhǎng)。這種影響可以使水稻、小麥和玉米等全球最重要的食物來(lái)源谷物更多產(chǎn)。不過(guò)最新的研究表明，預(yù)測(cè)對(duì)作物生長(zhǎng)的影響其實(shí)是很復(fù)雜的。

對(duì)人類健康至關(guān)重要的幾種礦物質(zhì)濃度（特別是鐵和鋅）并不會(huì)隨著二氧化碳濃度變化而改變。現(xiàn)有植物生理學(xué)認(rèn)為，主要谷物作物——特別是水稻和小麥——在面對(duì)較高濃度的二氧化碳時(shí)，會(huì)合成更多碳水化合物（淀粉和糖）和較少蛋白質(zhì)，而且谷物內(nèi)礦物質(zhì)的含量也會(huì)減少。

2014年以來(lái)全球營(yíng)養(yǎng)不良人口數(shù)量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，2016年估計(jì)達(dá)到8.15億

注：2000年-2016年全球營(yíng)養(yǎng)不良人口數(shù)量及占比。2016年的數(shù)字為估計(jì)值。數(shù)據(jù)來(lái)源：FAO

過(guò)去十年，全球饑餓人口數(shù)量及占比穩(wěn)步下滑，而如今似乎又出現(xiàn)了抬頭的跡象，預(yù)計(jì)將會(huì)影響全球11%的人口（數(shù)據(jù)來(lái)源：聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織（Food and Agriculture Organization，簡(jiǎn)稱FAO））

至關(guān)重要的微量元素

目前，全球約有8.15億人的糧食安全難以得到保證，也就是說(shuō)他們?nèi)狈煽康耐緩将@得數(shù)量充足、安全營(yíng)養(yǎng)、價(jià)格合適的糧食來(lái)源。而面臨鐵、碘和鋅等重要微量元素缺乏問(wèn)題的人口數(shù)量可能更多（大約為20億）。

膳食鐵含量不足會(huì)導(dǎo)致缺鐵性貧血。這種情況下，人體內(nèi)的紅細(xì)胞數(shù)量太少，無(wú)法攜帶足量氧氣。這是最常見(jiàn)的一種貧血癥，會(huì)導(dǎo)致疲勞、氣短或胸痛，甚至可能引發(fā)心臟衰竭和兒童發(fā)育遲緩等嚴(yán)重并發(fā)癥。

鋅缺乏癥的特征是食欲不振、嗅覺(jué)減退、傷口愈合緩慢和免疫功能下降。鋅對(duì)生長(zhǎng)和發(fā)育非常重要，所以保證足夠的膳食鋅攝入對(duì)孕婦和生長(zhǎng)期兒童來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

植物中二氧化碳濃度升高會(huì)降低植物組織中的氮含量，而后者對(duì)B族維生素的生成至關(guān)重要。人體的不同功能需要不同種類的B族維生素提供支持，比如調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)、將食物轉(zhuǎn)換為能量以及抵抗感染等。而孕婦攝入葉酸這種B族維生素可以降低新生兒的先天性缺陷風(fēng)險(xiǎn)。

育齡婦女貧血是一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題

全球有三分之一的育齡婦女患有貧血癥，約6.13億人。（資料來(lái)源：聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織（FAO）?注：育齡婦女貧血患病率，2005-2016。資料來(lái)源：WHO全球衛(wèi)生觀察站，2017

重要的營(yíng)養(yǎng)缺失

我們?cè)谥袊?guó)和日本分別進(jìn)行了不同品種水稻的戶外種植和實(shí)地研究。為了模擬較高的大氣二氧化碳濃度，我們采用了自由大氣二氧化碳濃縮方法，將二氧化碳直接吹向稻田，讓其維持在科學(xué)家預(yù)計(jì)的本世紀(jì)晚期的二氧化碳濃度。控制組稻田除了較高濃度的二氧化碳外，其他實(shí)驗(yàn)條件與對(duì)照組稻田相似。

平均而言，與處于當(dāng)前二氧化碳濃度中的水稻相比，生長(zhǎng)在高二氧化碳濃度稻田中的水稻維生素B1（硫胺素）含量低17%；維生素B2（核黃素）含量低17%；維生素B5（泛酸）含量低13%；維生素B9（葉酸）含量低30%。我們的研究首次證實(shí)二氧化碳濃度升高會(huì)降低水稻中的B族維生素含量。

我們還發(fā)現(xiàn)，在二氧化碳濃度較高的環(huán)境下，水稻的蛋白質(zhì)含量平均減少10%，鐵減少8%，鋅減少5%。而維生素B6或鈣的水平基本沒(méi)有變化。而維生素E是多數(shù)稻谷品種中含量唯一出現(xiàn)增長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

這塊稻田中欄桿圍成的八角形區(qū)域種植的稻米是不同大氣條件下水稻種植實(shí)驗(yàn)的一部分。二氧化碳濃度為568至590ppm的情況下種植的水稻營(yíng)養(yǎng)較差，蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)的含量都較低（圖片來(lái)源：日本國(guó)家農(nóng)業(yè)和食品研究組織Toshihiro Hasegawa博士）

微量元素匱乏不斷惡化

目前，大約有6億人 （主要是在東南亞地區(qū)）日常一半以上的卡路里和蛋白質(zhì)攝入直接來(lái)自大米。如果不采取行動(dòng)，我們發(fā)現(xiàn)的水稻營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量下降將很有可能讓全球營(yíng)養(yǎng)不良的現(xiàn)狀愈加惡化。此外，營(yíng)養(yǎng)不良會(huì)讓腹瀉和瘧疾等疾病惡化，從而影響兒童的早期發(fā)育。

與二氧化碳濃度升高導(dǎo)致的營(yíng)養(yǎng)不良相關(guān)的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)與最低人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值直接相關(guān)。這說(shuō)明，這些改變將給已經(jīng)飽受貧困與營(yíng)養(yǎng)不足困擾的國(guó)家?guī)?lái)嚴(yán)重的潛在后果。很少有人會(huì)把化石燃料、森林砍伐和水稻的營(yíng)養(yǎng)成分含量聯(lián)系在一起。但是我們的研究已經(jīng)明確證實(shí)，化石燃料污染物排放會(huì)加劇全球饑餓挑戰(zhàn)。

氣候變化如何影響其他關(guān)鍵植物？

很遺憾，如今無(wú)論是在聯(lián)邦、州、還是商業(yè)層面，沒(méi)有一個(gè)實(shí)體愿意提供長(zhǎng)期研究資金，評(píng)估二氧化碳濃度增加對(duì)植物化學(xué)組成和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響。但二氧化碳引發(fā)的種種變化的確具有非常重要的意義，包括從藥用植物到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，食品安全和食物過(guò)敏等多個(gè)領(lǐng)域。鑒于可能已經(jīng)出現(xiàn)的潛在影響，很明顯，投資這項(xiàng)研究已經(jīng)迫在眉睫。

此外，關(guān)鍵是還要明確避免或減少這些風(fēng)險(xiǎn)的措施，從傳統(tǒng)植物育種到基因改良，再到營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑都要考慮到。二氧化碳濃度升高正在加劇氣候變化。這些排放物在改變植物生物學(xué)各方面到底會(huì)發(fā)揮怎樣的作用（包括我們的食物、飼料、纖維和燃料作物的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)）仍然還是未知數(shù)。

翻譯：Estelle

編輯：James