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植物已成為政治辯論的一個不太可能的主題。 許多預測 他們認為，燃燒化石燃料以及由此產生的氣候變化將使未來幾十年為每個人種植足夠的食物變得更加困難。 但一些團體反對限制我們的排放 聲稱 較高水平的二氧化碳（CO？）將促進植物的光合作用，從而增加糧食產量。

新的研究 發表在科學 建議預測二氧化碳增加的影響？植物生長水平實際上可能比任何人預期的都要複雜。

要了解研究人員的發現，需要一些有關光合作用的背景資訊。這是利用光能來驅動二氧化碳轉化的過程？轉化為糖，為植物生長提供燃料，並最終提供我們賴以生存的食物。不幸的是，光合作用是有缺陷的。

CO 分子？和氧的形狀相似，並且收集 CO 的關鍵機制？ 這種酵素的名字很吸引人，稱為 RuBisCO，有時 將氧分子誤認為一氧化碳分子？。 這不是問題 當RuBisCO第一次進化時。但大約 30 萬年前 CO？大氣中的濃度降至低於 他們過去的三分之一。二氧化碳更少？在周圍，植物開始錯誤地嘗試更頻繁地獲取氧分子。如今，這通常會嚴重消耗工廠的能源和資源。

隨著溫度越來越高，RuBisCO 變得更容易出錯。水也蒸發得更快，迫使植物採取措施避免乾燥。不幸的是，阻止水從葉子流出也會阻止二氧化碳？隨著RuBisCO 變得缺乏二氧化碳，它透過使用氧氣來浪費越來越多的工廠資源。在 25°C 時，這會消耗工廠產量的四分之一——而且問題變得更加極端 氣溫進一步升高.

但是，有些 植物開發了一種避免這個問題的方法 透過泵送二氧化碳？到 RuBisCO 所在的細胞以增強光合作用。這些被稱為 C4 植物，而不是不能做到這一點的普通 C3 植物。 C4 植物的生產力較高，尤其是在炎熱乾燥的條件下。他們開始統治地球的熱帶草原 5m到10m多年前，可能是因為這個時候世界變得更加干燥了 用水效率更高.

玉米（玉米）和甘蔗是C4植物，但大多數作物都沒有，儘管最初由比爾和梅林達蓋茨基金會資助的項目一直在尋求提高水稻產量。 添加C4機械.

大多數關於植物生長和作物產量的模型 會受到CO的影響嗎？ 燃燒化石燃料所釋放的二氧化碳假設常規 C3 工廠可能表現較好。同時，C4 植物中的 RubisCO 已經獲得了足夠的 CO？因此增加對他們的影響應該不大。這得到了以下機構的支持 以前的短期研究.

新的科學論文報告了一個項目的數據，該項目一直在比較C3和C4工廠 在過去的20年。。他們的發現令人驚訝。正如預期的那樣，在前十年，C3 草在額外的 CO4 條件下生長？做得更好——但他們的 C3 同類產品卻沒有。然而，在實驗的第二個十年，情況發生了逆轉，C4 植物在較高水平的 COXNUMX 下產生較少的生物量？和 CXNUMX 植物產生更多。

似乎這個令人困惑的結果可能是因為隨著時間的推移， 可用的氮較少 在C3圖中施用C4圖中的植物生長，以及更多。 因此，效果不僅僅歸功於植物本身，還歸因於它們與土壤化學和微生物的相互作用。

這些結果顯示 CO 變化的方式？對現有生態系的影響可能很複雜且難以預測。他們可能會暗示，作為CO？隨著大氣層的增加，C4熱帶草原也許可以 吸收更多的碳 比預期更多的森林，主要是C3， 可能吸收更少。 但具體情況可能取決於當地條件。

對食物的影響

這對於食品生產來說意味著什麼可能比乍看之下更直接，更不舒服。 這些結果來自於生存並繼續逐年增長的禾本科植物。 但目前的穀類作物是“一年生植物”，在一季後死亡，必須重新種植。

因此，他們沒有機會建立土壤相互作用，而土壤相互作用似乎促進了實驗中 C4 植物的生長。我們不能指望我們的糧食安全問題能夠透過因二氧化碳而增加的 C4 作物產量來解決嗎？正如他們在實驗中所做的那樣。同樣，C3 地塊中生物量的最終下降不應發生在 C3 一年生作物中。

但是，正如我們所知，C3 植物在較高溫度下會浪費更多資源，那麼二氧化碳上升會增加光合作用嗎？水平似乎可能是 至少取消了 由 全球變暖的影響 它會導致。 而這並沒有考慮降雨模式的變化，例如 更頻繁的干旱。看起來好得令人難以置信的解決方案通常都是如此——而且就目前而言，CO？的想法似乎仍然如此。提高農作物產量將養活全世界。

關於作者

Stuart Thompson，植物生物化學高級講師， 威斯敏斯特大學

這篇文章最初發表於 談話。 閱讀 原創文章.

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