伊利诺伊大学香槟分校与美国农业部农业研究局的作物科学家开展的一项新研究，揭示了气候变化背景下大豆面临的严峻挑战——干旱与臭氧污染的双重损害，且这两种现象在全球范围内正因气候变化而加剧。

该研究题为“干旱并不能减轻臭氧浓度升高造成的大豆光合作用和产量的下降”，发表在《植物生理学》杂志上。此前有观点认为，干旱导致植物气孔关闭，或许能阻止臭氧进入叶片损害敏感组织，从而保护大豆植株免受臭氧破坏性影响，如叶片变黄、落叶和产量损失等。但此次研究否定了这一观点。

研究团队利用世界上运行时间最长的自由空气浓缩设施 SoyFACE(由美国农业部农业研究局和伊利诺伊大学于 2001 年合作建立)，在臭氧浓度为十亿分之一百(与当今中国和印度农业区夏季浓度相似)的田间种植大豆三年，同时排除每个季节约 40% 的降雨。通过测量植物生长过程中与光合作用和激素信号相关的生理特性，以及每个季节末的产量，发现臭氧浓度升高会持续降低光合作用效率，导致产量下降，每个豆荚中的种子数量减少且尺寸减小。

在激素信号研究方面，此前科学家假设臭氧可能会破坏负责将干旱信号从根部传递到气孔的激素脱落酸，使气孔保持开放，让臭氧涌入破坏光合作用机制。但研究团队发现，无论植物生长在常温还是高浓度臭氧环境中，脱落酸浓度都与土壤含水量呈线性相关，即臭氧不会阻止植物对干旱做出反应。即便在最干旱年份，气孔通常也不会完全关闭，臭氧浓度达到十亿分之一百，任何进入的量都会造成问题。臭氧进入叶片后会转化成其他活性氧，进入细胞并发出“受攻击”信号，导致基因表达变化，极高浓度下甚至可能引发过敏反应导致细胞死亡。

尽管美国玉米带的臭氧浓度低于研究中检测的十亿分之一百，但造成损害的阈值仅为十亿分之四十左右，且玉米带臭氧浓度在生长季节通常会超过这一水平，预计到 2070 年还会继续上升。同时，农民可能无法意识到臭氧损害，因为这些症状易被误认为是疾病或其他环境损害。

研究负责人丽莎·安斯沃思表示，干旱和臭氧污染是当今作物生长环境的一部分，了解它们如何相互作用有助于设计减轻影响的措施。提高作物的抗臭氧能力是作物改良的关键目标，减少臭氧污染是短期内提高大豆产量的有效策略，且这个问题是可以解决的。

更多信息： Duncan G Martin 等人，《干旱并不能缓解臭氧浓度升高导致的大豆光合作用和产量下降》，《植物生理学》(2025)。