CO2增加威胁人类营养外文翻译资料

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毕业论文

英文翻译

原文标题 Increasing CO₂ threatens human nutrition

译文标题 CO₂增加威胁人类营养

CO₂增加威胁人类营养

Samuel S. Myers^1,2, Antonella Zanobetti1, Itai Kloog³, Peter Huybers⁴, Andrew D. B. Leakey⁵, Arnold J. Bloom⁶, Eli Carlisle⁶,Lee H. Dietterich⁷, Glenn Fitzgerald⁸, Toshihiro Hasegawa⁹, N. Michele Holbrook¹⁰, Randall L. Nelson¹¹, Michael J. Ottman¹²,Victor Raboy¹³, Hidemitsu Sakai⁹, Karla A. Sartor¹⁴, Joel Schwartz¹, Saman Seneweera¹⁵, Michael Tausz¹⁶ amp; Yasuhiro Usui⁹

收稿日期2013年12月25日；接收日期2014年2月24日

锌和铁的膳食缺乏是一个重大的全球公众健康问题。估计有二十亿人存在缺素问题¹，造成每年损失6300万生命年^2，3。这些人大部分依赖C3谷类和豆类为主要锌和铁的膳食来源。预测本世纪中期大气中二氧化碳浓度升高，在大田条件下C3谷物和豆类植物锌和铁的浓度降低。除豆科以外的C3作物蛋白质的含量降低，而C4作物似乎所受影响不大。单一作物品种间的差异表明降低对大气中CO2浓度的敏感性可以部分解决这些全球健康面临的新挑战。

在20世纪90年代，一些研究人员发现，大气中的大气二氧化碳浓度上升（以下简称[CO₂]）使在受控制的环境室中成长的小麦^4-7，大麦⁵和水稻⁸中锌，铁和蛋白质的浓度降低。然而，在随后的开顶室和自由空气二氧化碳富集（FACE）实验中未能复制这些结果。水稻在FACE条件下生长的研究⁹发现[CO₂]对Zn，Fe元素的浓度没有影响，这表明先前的研究结果是受盆栽效应影响，这是由于根系体积小，导致根-土界面的营养稀释效应。最近的研究中^10-13，大多数已经表明随着[CO₂]上升，大豆¹⁰、高粱¹⁰、马铃薯¹¹、小麦¹²和大麦¹³中元素浓度较低，除了一个小麦¹²研究中Fe的浓度，这些结果并不显著，也许是因为小样本。

小样本限制了个人对植物响应[CO₂]升高的多方面研究的统计功效，Meta分析涉及大样本的基因型，环境条件和实验位置，对解决元素植物功能性可靠的应对[CO₂]变化起重要作用^14,15。最近的Meta分析公布的数据推断，随着[CO₂]的升高谷物中只有S含量降低¹⁶。

本研究结果从一组新的Meta分析中得到，来自包括日本、澳大利亚和美国七个不同试验地点，六种粮食作物在[CO₂]升高的FACE实验中的143组作物可食用部分对照（表1）。我们测试了水稻（Oryza sativa，18个品种）、小麦（Triticum aestivum，8个品种）、玉米（Zea mays，2个品种）、大豆（Glycine max，7个品种）、豌豆（Pisum sativum，5个品种）和高粱（Sorghum bicolor，1个品种）可食用部分的养分浓度，在七个试验地点，所测试的41个基因型中超过1-6生长的季节处于[CO₂]升高的环境，[CO₂]在546–586 p.p.m.。总而言之，这些实验发现，在FACE条件下生长的作物的可食用部分的Zn和Fe和含量超过目前文献中可查阅数据的10倍。符合早期的FACE条件下植物功能其他方面Meta分析^14,15，我们认为观察到不同种类、品种、年份和胁迫处理的对照的应答是独立的。响应比（r=增加[CO₂]的响应/环境[CO₂]的响应）的自然对数作为所有分析的度量。Meta分析用于评估[CO₂]升高时特定作物养分浓度整体效应以及该效应的显著性水平（见方法）。

我们发现[CO₂]升高，C3草本植物与豆科植物Zn和Fe含量显著下降（图1和扩展数据表1）。如与生长在正常[CO₂]条件下相比， [CO₂]升高条件下的小麦籽粒中Zn含量下降9.3%（95%的置信区间(CI)-212.7%-25.9%），Fe含量下降5.1%（95%CI-26.5%-23.7%）。同时发现[CO₂]升高，C3植物中蛋白质含量降低，小麦籽粒中下降6.3%（95%CI-27.5% -25.2%)，水稻籽粒中下降7.8%（95% CI-8.9% -6.8%）。[CO₂]升高，豌豆中蛋白质含量有小幅下降，并未显著影响大豆和Ｃ４作物（图1和扩展数据表1）。

除了我们自己的观察，还从已发表的粮食作物可食用部分养分变化的研究获取从10到11的数据（扩展数据表６），结合这些数据和我们自己的观察，进行更大的Ｍｅｔａ分析。我们的分析结果与先前公布的FACE数据（扩展数据表2）相结合，或与先前公布的FACE和室内实验数据（扩展数据表3）相结合，与仅使用我们新观察到的数据所得的结果相一致。结合我们的数据和此前公布的数据并没有改变显著性水平或本质上改变任何作物任何营养物质的养分含量变化的效应量。

除了养分浓度，同时测定植酸，存在于大多数植物中抑制人类内脏对膳食Zn的吸收的一种磷酸储存分子¹⁷。我们没有充足的理由假定植酸浓度会改变植物对[CO₂]上升的响应。然而，计算吸收的公式或生物利用度，锌依赖于膳食锌和膳食植酸的消耗量¹⁷，使植酸可能变化的背景下解释Zn浓度的变化变重要。只有在小麦中，[CO₂]升高植酸的含量显著下降(Plt;0.01)。对一些特殊作物来说，这种下降可能会抵消一些锌的下降，虽然这种减少只是略低于锌的减少一半。对其他被测试的作物来说，缺少同时发生的植酸的下降可能恶化缺Zn问题。

表 1 农业实验特征

“重复数”是指是指数量的相同品种种植在相同条件下同年和位置但是在独立的FACE圈

即使采取进一步的减排措施，在接下来的40–60年里,全球大气[CO₂]预计达到550p.p.m.¹⁸。在这样的浓度下，我们发现很多重要农作物为人类提供营养的可食用部分的营养价值比同种作物同等条件在现有的CO₂水平下生长的低。分析联合国粮农组织的食物平衡表显示在2010大约有23亿人生活在这样的国家，这些国家大多数人口膳食Zn和Fe的来源至少有60%的来自于C3的谷类和豆类，19亿居住的国家从这些作物中（扩展数据表5）获取70%以上这一种或两种营养。粮食作物可食用部分Zn和Fe的含量的减少将增加这些人群缺Zn和缺Fe的风险，将增加极大的负担到他们已有的疾病。

非豆科作物蛋白质含量的减少的含义并不明确。一个美国成年男性和女性的研究，有强有力的证据表明膳食碳水化合物替代膳食蛋白质将增加高血压和脂质代谢紊乱的风险和10年冠心病的风险¹⁹。对于发展中国家，不同的人口群体最低蛋白质需求是研究和讨论的热门论题²⁰。对于例如印度这样的国家，大约有三分之一的农村人口被认为存在蛋白质需求得不到满足的风险²¹，其大多数蛋白质来自于C3谷物²¹，非豆科作物蛋白质含量的降低可能对公共健康造成严重后果。

然而，所有被测试的C3作物的Zn和Fe的明显降低，C4作物中观察到减少的只有玉米中Fe的含量。高粱中未发现变化。C3

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