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

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

水稻是全球30多億人的主糧。而這30億人口中，很多人都負擔不起營養(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構。相對便宜的谷物是他們主要的卡路里來源，而這其中就包括水稻。

我的研究主要關注與氣候的波動和變化相關的健康風險。在最近發(fā)表的一份研究中，我與來自中國、日本、澳大利亞和美國的多位科學家合作，對氣候變化的罪魁禍首，也就是二氧化碳濃度的上升可以改變水稻營養(yǎng)價值這一問題進行了評估。我們在亞洲實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，在科學家預估的2100年大氣二氧化碳濃度下生長的水稻，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)同時還支持了其他實地研究結果，比如在上述大氣條件下生長的水稻，其蛋白質(zhì)、鐵和鋅的含量都相對較低，而這3種元素對胎兒和幼兒的早期發(fā)育非常重要。這些變化可對孟加拉國、柬埔寨等以大米為生的極端貧窮國家孕產(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)量和消費量占全球總量的90%，貧困人口占全球貧困總人口的70%以上。圖片來源：國際水稻研究所IRRI

二氧化碳和作物生長 植物從大氣二氧化碳中汲取生長所需的碳，并從土壤中吸收其他所需的營養(yǎng)物質(zhì)。人類活動——尤其是化石燃料燃燒和森林砍伐——導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。這種影響可以使水稻、小麥和玉米等全球最重要的食物來源谷物更多產(chǎn)。不過最新的研究表明，預測對作物生長的影響其實是很復雜的。

對人類健康至關重要的幾種礦物質(zhì)濃度（特別是鐵和鋅）并不會隨著二氧化碳濃度變化而改變。現(xiàn)有植物生理學認為，主要谷物作物——特別是水稻和小麥——在面對較高濃度的二氧化碳時，會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)的含量也會減少。

2014年以來全球營養(yǎng)不良人口數(shù)量呈增長趨勢，2016年估計達到8.15億

注：2000年-2016年全球營養(yǎng)不良人口數(shù)量及占比。2016年的數(shù)字為估計值。數(shù)據(jù)來源：FAO

過去十年，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，預計將會影響全球11%的人口（數(shù)據(jù)來源：聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織（Food and Agriculture Organization，簡稱FAO））

至關重要的微量元素

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

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

鋅缺乏癥的特征是食欲不振、嗅覺減退、傷口愈合緩慢和免疫功能下降。鋅對生長和發(fā)育非常重要，所以保證足夠的膳食鋅攝入對孕婦和生長期兒童來說至關重要。

植物中二氧化碳濃度升高會降低植物組織中的氮含量，而后者對B族維生素的生成至關重要。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險。

育齡婦女貧血是一個長期存在的問題

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

重要的營養(yǎng)缺失

我們在中國和日本分別進行了不同品種水稻的戶外種植和實地研究。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，讓其維持在科學家預計的本世紀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，其他實驗條件與對照組稻田相似。

平均而言，與處于當前二氧化碳濃度中的水稻相比，生長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二氧化碳濃度升高會降低水稻中的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)增長的營養(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驗的一部分。二氧化碳濃度為568至590ppm的情況下種植的水稻營養(yǎng)較差，蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)的含量都較低（圖片來源：日本國家農(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)攝入直接來自大米。如果不采取行動，我們發(fā)現(xiàn)的水稻營養(yǎng)物質(zhì)含量下降將很有可能讓全球營養(yǎng)不良的現(xiàn)狀愈加惡化。此外，營養(yǎng)不良會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致的營養(yǎng)不良相關的潛在健康風險與最低人均國內(nèi)生產(chǎn)總值直接相關。這說明，這些改變將給已經(jīng)飽受貧困與營養(yǎng)不足困擾的國家?guī)韲乐氐臐撛诤蠊：苌儆腥藭鸦剂稀⑸挚撤ズ退镜臓I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，化石燃料污染物排放會加劇全球饑餓挑戰(zhàn)。

氣候變化如何影響其他關鍵植物？

很遺憾，如今無論是在聯(lián)邦、州、還是商業(yè)層面，沒有一個實體愿意提供長期研究資金，評估二氧化碳濃度增加對植物化學組成和營養(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養(yǎng)物質(zhì)，食品安全和食物過敏等多個領域。鑒于可能已經(jīng)出現(xiàn)的潛在影響，很明顯，投資這項研究已經(jīng)迫在眉睫。

此外，關鍵是還要明確避免或減少這些風險的措施，從傳統(tǒng)植物育種到基因改良，再到營養(yǎng)補充劑都要考慮到。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各方面到底會發(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養(yǎng)品質(zhì)）仍然還是未知數(shù)。

翻譯：Estelle

編輯：James