气候变化将使大米营养减少,使世界上数百万穷人面临风险

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稻米是全世界超过30亿人口的主要食物来源。许多人无法负担多样化和营养丰富的饮食,包括完整的蛋白质,谷物,水果和蔬菜。他们大部分热量都依赖于更实惠的谷类作物,包括大米。

我的研究重点是与气候变化和变化相关的健康风险。在最近发表的一项研究中,我与来自中国、日本、澳大利亚和美国的科学家合作,评估不断上升的二氧化碳浓度如何影响水稻的营养价值。我们在亚洲对多种基因多样的水稻品种进行了实地研究,分析了大气中不断上升的二氧化碳浓度如何改变蛋白质、微量营养素和B族维生素的水平。

我们的数据首次表明,科学家们预计,到2100年的大气中的二氧化碳浓度种植的水稻,其中四种关键B族维生素的含量将下降。这些发现也支持了其他田野研究的研究,表明在这种条件下种植的水稻含有较少的蛋白质、铁和锌,这对胎儿和早期儿童发育很重要。这些变化可能对包括孟加拉国和柬埔寨在内的最贫穷的水稻依赖国家的妇幼健康产生不成比例的影响。

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二氧化碳和植物生长

植物主要从大气中的二氧化碳中获取生长所需的碳,并从土壤中获取其他所需的营养物质。人类活动主要是化石燃料燃烧和森林砍伐,导致大气中的二氧化碳浓度从工业化前的百万分之280上升到今天的百万分之410。如果全球温室气体排放量继续保持目前的水平,到2100年,大气中二氧化碳浓度可能会超过百万分之1200(包括甲烷和其他温室气体排放)。

高浓度的二氧化碳通常会促进植物的光合作用和生长。尽管最近的研究表明,预测对植物生长的影响是复杂的,但这种影响可能会使那些仍然是世界上最重要的粮食来源的谷类作物,如大米、小麦和玉米,生产效率更高。

对人体健康至关重要的矿物质浓度,尤其是铁和锌的浓度,不会随着二氧化碳浓度的变化而改变。目前对植物生理学的理解表明,主要的谷类作物,尤其是水稻和小麦,会通过合成更多的碳水化合物(淀粉和糖)和更少的蛋白质,以及通过减少谷物中的矿物质含量来应对更高的二氧化碳浓度。

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微量元素的重要性

全世界大约有8.15亿人缺乏食物保障,这意味着他们无法可靠地获得足够数量的安全、营养和负担得起的食品。还有大约20亿人缺乏铁、碘和锌等重要的微量营养素。

饮食中缺铁会导致缺铁性贫血,即体内红细胞太少,无法携带氧气。这是最常见的贫血类型。它会导致疲劳、呼吸短促或胸痛,并可能导致严重的并发症,如心衰和儿童发育迟缓。

锌缺乏的特点是食欲不振,嗅觉减退,伤口愈合受损,免疫功能减弱。锌还可以促进生长发育,因此,充足的饮食摄入对孕妇和正在成长的儿童非常重要。

植物中较高的碳浓度会减少植物组织中的氮含量,而氮含量对维生素B的形成至关重要。不同的B族维生素对于身体的关键功能是必需的,比如调节神经系统,将食物转化为能量和对抗感染。叶酸,一种B族维生素,可以降低孕妇服用叶酸时出生缺陷的风险。

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重要的营养损失

我们在中国和日本进行了实地研究,在那里我们在户外种植了不同品种的水稻。为了模拟更高的大气二氧化碳浓度,我们使用了自由空气中的二氧化碳富集,将二氧化碳吹过田野,以维持预计本世纪晚些时候的浓度。除了较高的二氧化碳浓度外,控制区的情况类似。

平均而言,我们在空气中种植的二氧化碳浓度升高的水稻所含维生素B1(硫胺素)比在当前二氧化碳浓度下种植的水稻少17%;减少17%的维生素B2(核黄素);减少13%的维生素B5(泛酸);减少30%的维生素B9(叶酸)。我们的研究首次发现,随着二氧化碳的增加,大米中维生素B的浓度会降低。

我们还发现,蛋白质平均减少10%,铁平均减少8%,锌平均减少5%。我们发现维生素B6和钙的水平没有变化。我们发现的唯一增加是大多数菌株的维生素E水平。

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日趋严峻的微量营养素缺乏

目前,大约有6亿人主要生活在东南亚,他们每天一半以上的热量和蛋白质直接来自大米。如果什么都不做,我们发现的营养下降可能会加剧营养不良的整体负担。它们还可能通过影响包括腹泻病和疟疾造成的恶化影响而影响儿童早期发育。

与二氧化碳导致的营养不足相关的潜在健康风险与人均最低的国内生产总值直接相关。这表明,这些变化将对已经在与贫困和营养不良作斗争的国家造成严重的潜在后果。很少有人会把化石燃料的燃烧和砍伐森林与大米的营养成分联系起来,但我们的研究清楚地表明,释放化石燃料的一种方式可能会加剧世界饥饿的挑战。

气候变化如何影响其他关键植物?

不幸的是,如今在联邦、州或企业层面都没有一个实体提供长期资金,来评估不断上升的二氧化碳水平会如何影响植物化学和营养质量。但二氧化碳引起的变化具有重大意义,从药用植物到营养、食品安全和食物过敏。考虑到可能已经发生的潜在影响,有明确而迫切的需要对这项研究进行投资。

从传统的植物育种到基因改造再到补充,确定避免或减轻这些风险的方案也至关重要。二氧化碳浓度上升正在推动气候变化。这些排放将在改变植物生物学的各个方面发挥什么作用,包括我们用于食品,饲料,纤维和燃料的作物的营养质量,仍有待确定。

作者:克里斯蒂·埃比(Kristie Ebi)

华盛顿大学全球健康与环境与职业健康科学教授

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