实验室和实地试验反复表明，改变光合作用过程或植物物理特性可增强作物对高温的适应性。在《科学》杂志的一篇评论中，研究人员报告称，科学家如今能够改变叶子的数量、方向与化学性质以提高耐热性，还能调整光合作用关键步骤以克服瓶颈。

不过，作者指出，尽管这些变化可弥补全球气温上升造成的部分损失，但要达到满足世界粮食需求的规模并非易事。唐纳德·奥特与伊利诺伊大学香槟分校的史蒂芬·朗、卡尔·伯纳奇共同撰写了这篇评论，奥特表示，从发现有益特性到推广至农民田地，需要较长时间，常规特性育种周期可能长达10到12年。

史蒂芬·朗称，通过生物工程改变植物基因表达速度更快，但监管框架要求多年实验室和实地试验。鉴于将生物工程特性推向市场成本高昂，必须确保其在各地有效，这需要大量多地点田间试验，再加上法律成本，成本极高。例如，一个转基因特性解除管制的成本约为1.15亿美元，从发明到进入种子系统需16年以上时间。

然而，一些替代方法利用DNA编辑增加植物中已有基因的数量和/或表达，不涉及引入外来DNA，可避免许多成本。

在实验室和田间试验中，许多提高作物抗高温胁迫能力的潜在方法已得到测试和验证。其中一项干预措施是通过植物育种或生物工程改变作物冠层叶片方向，优化整株植物光照分布，提高水分利用效率，减少高温对叶片的灼伤。其他方法包括增加植物叶片反射率或调节通过叶片毛孔的水分流失而不降低生产力。

朗还提到，许多研究聚焦于Rubisco，它是地球上最丰富的蛋白质和植物酶，二氧化碳通过它被吸收到农作物和食物中。不同植物物种的Rubisco分子及其相关蛋白质存在差异，有些植物在高温高光条件下表现更优。模型研究表明，为大豆植株提供来自其他物种更高效的Rubisco酶，可提高其在高温条件下的表现。

此外，科学家还能控制植物叶片中叶绿素的分布，使下部叶片捕获更多透过树冠的光线，结合改变叶片方向，可提高光合作用效率，更均匀地分配植物体内热负荷。

目前，许多其他研究途径正在探索中，但时机对克服气候变化带来的高温挑战至关重要。作者报告称，预计2010年至2050年间气温上升将导致主要谷物产量下降6%至16%，而同期需求量可能增长50%以上。朗表示，虽有机会应对气温上升，让作物免受其影响，但这需要付出巨大努力。

本文作者均来自卡尔·R·沃斯基因组生物学研究所、先进生物能源与生物产品创新中心以及“实现光合效率提升”项目，朗和奥特为植物生物学和作物科学名誉教授。

更多信息： Carl J. Bernacchi 等，《在快速变暖的世界中保障作物光合作用》，《科学》(2025)。