气候变化导致粮食安全面临新问题

2026年7月4日，在广西来宾市忻城县城关镇都乐村稻田里，农民扶正、捆扎被大风刮倒的早稻。次日，为应对台风“美莎克”影响，广西气象局将重大气象灾害（暴雨）应急响应提升至Ⅱ级。 

最近，全球极端天气频发，欧洲多个国家经历了有气象记录以来最热的6月，中国部分地区也遭遇了严重的暴雨洪涝。从欧洲热浪到亚洲洪水，越来越频繁的极端天气事件正提醒人们，气候变化已不再是遥远的未来，而是正在发生的现实。在这个持续加剧的全球气候变化中，一场更隐蔽的粮食危机也正在浮现。

气候变化可能不仅会造成粮食减产，还会降低其营养价值，使数十亿靠主粮获取营养的人群越发陷入微量营养元素摄入不足的状态，面临更高的“隐性饥饿”的风险。对此，2026年6月，《自然》杂志发表的一项由比利时根特大学等机构的人员开展的研究，在系统梳理了相关科学证据后，认为可以利用基因技术来保障粮食安全。

既要保产量也要有营养

最新研究认为，未来的粮食安全不能仅满足于“吃得饱”，更要实现“吃得好”。这意味着在保障粮食产量的同时，也要维持甚至提升作物的营养品质。为此，应充分利用包括基因编辑技术CRISPR-Cas，以及基因工程在内的现代分子遗传育种技术，培育兼具高营养品质和环境适应能力的新一代作物，以应对日益严峻的全球隐性饥饿的挑战。

长期以来，全球粮食安全主要围绕产量展开。过去几十年，现代农业育种技术的推广大幅度提高了全球粮食产量。然而，在追求高产的过程中，粮食的营养品质并未得到同等重视，部分关键营养成分甚至在育种过程中出现下降趋势。

据联合国粮食及农业组织估计，目前全球仍有超过20亿人缺乏一种或多种关键微量营养元素，比如铁、锌，以及维生素A、C、D、E和B族维生素等。这种微量营养元素摄入不足导致的隐性饥饿状态，其后果与传统缺乏热量的饥饿不同，会在长期营养不足过程中逐渐影响人体健康。

例如，铁缺乏会导致贫血，锌不足会削弱免疫功能，多种B族维生素则参与DNA合成、细胞分裂以及能量代谢，对孕妇健康、儿童神经系统发育和人体正常生理功能的维持至关重要，一旦长期缺乏，则会相应地造成不同的健康问题。以维生素B9（叶酸）为例，孕期叶酸不足会增加胎儿神经管缺陷风险，因此，中国公共卫生部门长期开展孕妇叶酸补充干预项目，鼓励计划怀孕和孕早期女性补充叶酸，避免在食物供应总体充足的情况下，因某些关键微量营养素的不足而影响下一代健康。

但问题是，许多发展中国家的人口，其日常能量摄入来源较为单一，仍主要依赖水稻、小麦、玉米等主粮。这些作物能够提供大量碳水化合物和热量，但与肉、蛋、奶以及丰富的蔬菜、水果相比，其铁、锌、维生素和其他微量营养素的含量有限。当饮食结构长期高度依赖单一主粮而缺少多样化食物来源时，即使热量摄入基本充足，人们仍可能长期处于隐性饥饿状态。

更值得关注的是，越来越多研究表明，气候变化正在进一步加剧这一趋势。随着二氧化碳浓度升高和极端气候事件增加，未来粮食不仅可能面临产量下降风险，其蛋白质、矿物元素以及维生素等营养品质也可能受到影响，使全球隐性饥饿问题更加复杂。

极端气候导致粮食营养缩水

多个长期开展的开放式空气二氧化碳浓度升高实验表明，在田间环境提高大气二氧化碳浓度，会导致小麦、水稻等主要粮食作物籽粒中蛋白质、铁、锌等关键营养成分含量发生显著下降。这种由于二氧化碳浓度升高导致粮食营养密度下降的现象，被称为“二氧化碳营养稀释效应”。

虽然产生这一现象背后的原因尚不完全清楚，但目前科学家认为可能与植物自身的碳氮代谢平衡有关。二氧化碳是植物制造碳水化合物的原料，其浓度升高时，植物往往能够积累更多碳水化合物，比如淀粉，但氮元素吸收、运输以及蛋白质合成速度并不会同步增加。因此，植物体内碳元素比例升高，而蛋白质、矿质元素等含量相对下降，最终会导致同等重量粮食中的营养密度降低。

2026年7月4日，由于河南等地持续晴热少雨，焦作市温县祥云镇玉米田间进行了抗旱喷灌作业。 

除了二氧化碳，高温和干旱等极端气候也会影响粮食营养品质。高温会缩短小麦、水稻等作物的灌浆期，使籽粒积累营养物质的时间减少；干旱则会影响根系生长、土壤养分释放以及植物对铁、锌等元素的吸收。同时，极端气候带来的环境压力还会改变植物激素信号和代谢网络，使植物优先分配资源用于生存和抵抗不利环境，进而减少对部分营养物质的合成和积累。

此前的2026年4月，比利时根特大学与列日大学的研究团队，还曾利用更加接近未来真实环境的综合气候模拟系统发表一项研究，探索了多种环境因素共同作用下的作物变化，包括模拟未来大气二氧化碳浓度升高、高温与干旱等多种气候因子叠加的影响。结果显示，在这些综合作用下，小麦籽粒中多种B族维生素以及矿质元素含量明显下降。这意味着，即使未来粮食产量能够维持稳定，同等重量的粮食所提供的营养也会减少。对于依赖小麦等主粮作物获取营养的人群而言，这种“营养稀释效应”可能带来长期深远的影响。

用基因技术保障粮食安全

因此，面对气候变化与营养需求上升等多重压力，未来农业面临的挑战已不再只是生产更多粮食，而是需要生产更有营养、更具环境适应能力的粮食。仅依赖传统育种策略，可能难以快速应对日益加剧的气候变化和复杂的极端环境。

长期以来，传统育种通过自然变异和杂交选择培育新品种，在提高产量、抗病性等方面发挥了巨大作用。然而，许多营养相关性状，例如铁、锌等矿质元素积累、维生素合成以及不利条件下的营养保持能力，往往受到多个基因共同调控，遗传背景复杂，传统育种需要经历多年筛选才能获得，效率有限。

基因编辑技术，特别是CRISPR-Cas系统，为精准改良作物营养品质提供了新的可能。与传统育种相比，基因编辑能够直接针对控制关键性状的基因进行精准调节，使科学家能够更快速地优化植物自身已有的遗传潜力。例如，在提高粮食营养方面，研究人员可以通过编辑控制营养元素吸收、运输和储存的关键基因，提高作物籽粒中铁、锌等矿质元素积累；也可以调控参与维生素和功能代谢物合成途径的基因，增强叶酸、维生素B族等人体必需营养物质在植物中的合成，从而增加其含量。

更重要的是，在极端天气频发、农作物动辄被毁的背景下，未来的粮食改良不能只关注营养，还需要同时考虑气候适应能力。而通过基因编辑调节植物感知环境压力以及维持代谢平衡的相关基因，有望培育出在极端气候条件下仍能保持较高产量和营养品质的作物。

因此，未来农业育种的目标可能需要从过去单一追求高产，转向同时优化产量、营养，以及对不利环境的抵抗力这三个维度。一个在高温、干旱乃至洪涝灾害环境下仍能保持较高微量元素含量的小麦品种，可能比单纯高产的品种更符合未来农业需求。

为此，最新研究总结了包括基因编辑、传统转基因技术，以及顺式基因工程在内，多种遗传技术在强化作物营养中的应用潜力。其中，相比会引入外源基因的传统转基因技术，顺式基因工程指的是利用同一物种或可自然杂交物种的遗传物质对作物进行基因改造；而精准度最高的CRISPR-Cas基因编辑技术也不应被视为独立解决方案，而是未来作物改良工具箱中的重要组成部分。只有结合传统育种、分子育种和现代遗传技术，并在科学合理的监管框架下推进应用，才能更有效地应对气候变化与营养缺乏交织影响下带来的全球挑战。

除了技术上的进步，当前，全球范围内基因编辑作物的政策环境也正在发生变化。就在刚刚过去的2026年6月，欧盟对包括CRISPR-Cas基因编辑技术在内的植物新基因组技术的监管框架进行了重要调整，旨在为部分符合条件的基因编辑植物建立区别于传统转基因作物的监管框架。这一变化降低了部分创新育种技术进入农业应用的门槛，预计将大力推动具有营养强化和气候适应能力的新品种的研发，改变未来农业育种市场的格局。

过去的农业革命大幅度解决了“吃饱”的问题，而未来农业面临的新挑战，是让人类不仅吃得饱，还要吃得健康。相应地，粮食安全的定义也要重新改写，不仅需要保持高产，还需要在高温、干旱、洪灾等极端环境下维持稳定的营养品质。这种农业育种核心目标的实现情况，未来或将深刻影响数十亿人的健康与生活质量。