导语：伴随着气候变化，CO₂浓度不断攀升并带来了小麦等农业经济作物的产量增加。澳大利亚农业研究人员综合多年的研究数据发现，CO₂浓度的升高引发了小麦等作物的植物蛋白质含量的下降和蛋白组成结构的变化，而这些改变将有可能影响面包的口感。
关键词：气候变化; 营养学; 农业管理与育种;
二氧化碳的增加影响了我们所钟爱的一些食物的口感。
从肉类到蔬菜甚至葡萄酒，气候变化和极端气候事件已经影响到我们的饮食。接着《气候与食物》的系列专栏，我们将继续探讨该行为对食物链的意义。
大气中二氧化碳的浓度持续升高。其他事物也一样，更高水平的CO₂将提高主要庄稼的产量，比如小麦、大麦和豆类。但是天平倾斜的另一面却是：我们钟爱的一些食物的品质和营养成分将会下降。
在澳大利亚谷物自由空气CO₂浓缩(AGFACE)装置的研究中，我们正在维多利亚农业项目和墨尔本大学模拟2050年可能出现的CO₂浓度。当前的CO₂浓度达到了406PPM（百万分级），并预测在2050年升至550PPM。我们发现CO₂浓度抬升将会降低作物蛋白质和微量元素的含量，比如谷物中的锌元素和铁元素（豆类受到的影响较小）。
蛋白质受CO₂影响的程度取决于温度和土壤有效水分。丰水年受影响程度小于枯水年。但是经过九年的研究，我们发现CO₂浓度抬升时作物蛋白质平均衰减量是6%。
因为在干旱条件下蛋白质含量受CO₂浓度抬升影响衰减会更加严重，所以澳大利亚可能尤为受影响。相比世界上其他拥有更好生长条件的地区，这里的作物品质可能下跌得更多。除非发现能够改善蛋白质衰减情况的育种和农艺方案，否则澳大利亚的干旱条件将会使自身陷入不利的竞争地位。
二氧化碳浓度增加可能影响做面包的面粉品质。Shutterstock
食物品质
小麦有好几个不同的品种——有的适合制作面包，有的适合做面条。蛋白质含量就是区分小麦品种的一大因素。
虽然平均6%的作物蛋白质含量衰减可能似乎并不大，但是这可能导致许多澳大利亚小麦品质等级下调。有些区域可能完全无法继续产出足以制作面包的高品质小麦。
但是我们的小麦蛋白质减少将会在不同方面显露出来。许多农民因高蛋白质含量获得额外收益，他们的收入可能会因此受损。因为市场更青睐高蛋白小麦，所以我们的出口也将遭受打击。作为消费者，我们可能发现面包品质（最好的面包粉是高蛋白的）和营养的下滑。面包的大小和质地可能发生变化，但是口感是否会受影响还不清楚。
蛋白质减少对面包影响的主要衡量因素是面包的大小和质地，但是减少的程度受庄稼种类的影响。作物蛋白质含量的衰减是影响面包大小的一个因素，但是生面团的特性（例如弹性）也会因作物蛋白质组成成分的改变导致评级下降。蛋白质衰减改变了麦谷蛋白和麦醇溶蛋白的组成，这两种蛋白质是麦麸中的主要蛋白成分。当使用更低品质的面粉时，为了保持面包的品质，烘焙师们可以添加麦麸，但是如果麦麸特性发生变化，那么添加麦麸可能也无法达到所求高品质面包的生面团特性。即使添加麦麸拯救了可怜的面包品质，这一做法也给烘焙过程带来了额外成本。
营养也将受作物蛋白减少影响，尤其是在食品获取更加受限的发展中地区。这是一个重大的粮食安全问题。如果作物蛋白质含量衰减，收获更少食物的人们可能需要更多地购买（以更高的价格）来满足他们基本的营养需求。微量营养素特别是锌和铁的减少可能影响健康，这一点在非洲地区尤为突出。国际上正在通过生物强化和选择富含铁与锌的作物品种解决该问题，但是随着CO₂浓度增加，这些行动也许不一定能成功。
新品种小麦能抵抗二氧化碳浓度的增加吗？
我们能做什么？
农民已经接受了这些变化，并积极采取了应对措施。通过氮肥的合理管理可能最小化作物蛋白质的减少。但是我们实施的研究发现相比当前CO₂浓度，在更高浓度的CO₂条件下施加额外肥料的作用更弱。可能在更高水平的CO₂浓度下会有根本性的生理变化和障碍，而这些还并没有为人所知。
如果氮基肥料管理不能、或者只能部分地增加作物蛋白质，那么植物育种是否可以赶得上CO₂浓度增加的速度？是否还有没有被考虑到、但是可能优化效益并减少消极影响的性状？
选择高蛋白小麦品种的结果常常是产量下降。这种关系被称作产量-蛋白质难题。在寻找增加蛋白质含量同时保持产量的品种上已经下了很多功夫。然而我们依然收获甚微。
结合相应的管理手段和育种技术也许能够在维持作物蛋白质水平的同时持续增加产量。但是，CO₂浓度的抬升埋下不少问题，例如：蛋白质组成是否会变化、CO₂浓度升高后植物可生产的蛋白质量是否存在限值。我们也许需要积极的筛选和更广泛的性状测验以及管理实践，才能理解在未来的CO₂条件下现在筛选的品种是否还能表现得如预期一样。
最后，为了维持面包品质，我们应该反思我们的目的。并不是所有小麦都需要做成面包。但是，为了保持澳大利亚在国际市场上的竞争力，植物育种人可能需要选择在CO₂浓度上升情况下作物蛋白含量仍维持较高水平的品种，尤其是那些拥有美味面包必须的特殊蛋白质组合的品种。
作者简介：Glenn Fitzgerald是墨尔本大学农业与食品荣誉副教授。
公开声明：Glenn Fitzgerald接受从作物研究发展公司和维多利亚经济发展、就业、交通和资源部门的资金支持。
本文观点仅代表作者，不代表《科学美国人》。
（翻译：赵小娜；审校：杨玉洁）
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