可持续发展

干旱胁迫

干旱是影响农作物产量与品质的首要自然灾害，国内农业受灾总面积中，干旱受灾面积常年占比 42%，每年粮食因旱减产约 250 亿斤。干旱条件会干扰作物光合、呼吸等基础生理代谢，妨碍根系吸收土壤养分，造成果实当中矿质元素、氨基酸、可溶性蛋白、可溶性糖、类黄酮、维生素 C 等有效物质合成变少，最终造成作物减产、果品品质下滑。

淹水胁迫

涝害对作物的损伤并非源自积水，土壤长期处于水分饱和环境会造成根系供氧不足，从而诱发植株多项生理机能受损。涝害发病初期，植株叶片萎蔫下垂、轻微蜷缩；随着积水持续，陆续发生叶片发黄脱落、花果掉落、新生枝梢干枯等问题；如若淹水周期过长，枝干干枯坏死、木质部变色、树皮剥离，情况危重时整株作物枯死。

光照条件直接影响农作物的产出与品质，光照过剩或是光照匮乏，都会削弱植株光合效率，抑制光合养分合成。受全球气候变动影响，多地日光辐射强度逐年走低。相关试验数据表明，日均太阳辐射每下降 1 MJ/m²，玉米减产 6%～7%，小麦减产可达 6%～8%。

强光暴晒容易诱发果实日灼病害，造成果皮灼伤溃烂、干缩发硬、糖分损耗；而光照欠缺时，果实内可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白、维生素 C 等物质合成受阻，显著劣变果品品质。

近些年极端天气频发，高温、低温等温度胁迫问题愈发突出，严重威胁各类粮食作物的正常收成。

高温胁迫

气温每提升 1℃，全球大宗粮食作物产量平均降幅可达 19.7%，相关预判表明，2040 年前后高温灾害或将造成全球粮食减产 30%～40%。《科学进展》相关研究数据表明，1992-2013 年间，气候变化催生的极端高温，已造成全球经济亏损超 16 万亿美元，折合人民币约 116 万亿元。

低温胁迫

作物遭遇冷害后，光合效率下降、细胞膜流动性能变差，根系吸收与输送养分的能力随之下降，光合产物、矿物养分无法顺畅输送至植株各生长部位。相较冷害，冻害破坏性更强，除出现上述生理问题外，还会造成植株胞内、胞间结冰，破坏植物组织结构，引发叶片失水发黄，严重时整株枯死。2023 年我国先后经历 31 轮冷空气侵袭，包含 8 次寒潮天气，低温冻害与雪灾累计造成 519.2 千公顷农作物受灾，直接经济损失 49.2 亿元。

国内土壤环境胁迫问题突出，每年受其影响造成的粮食减产可达 100 亿公斤。 土壤退化是土壤逆境里最主要的问题，土壤结构变差、有益微生物失衡，进而衍生出土壤贫瘠、酸化、盐碱化等一系列退化症状。相关测算显示，倘若缺少针对性改良手段，土壤酸化日后或将造成粮食减产幅度突破 16%。目前全球盐碱化土地面积超 8.33 亿公顷，超一成耕地出现盐碱化问题，持续危及全球粮食供给。除此之外，土壤劣变还会拉低农产品品质，使果实淀粉、蛋白、氨基酸等营养物质合成不足，阻碍果实上色与芳香物质生成，最终在果品品相、食用口感与营养价值上出现明显下滑。

伴随工业化与城镇化快速推进，大气污染日趋严重，已然成为阻碍作物正常生长的关键胁迫因素。近地面空气中的硫化物、氟化氢、氮氧化物与重金属等有害污染物，既会干扰作物光合、呼吸及各项生理代谢，还会损伤植物细胞组织，造成生长迟缓，严重时植株枯死。由此，提升农作物对污染大气的耐受能力，成为植物抗逆科研的重点方向。

二氧化碳含量变化同样深刻影响农作物的产量与品质。统计我国 2003—2020 年相关数据，二氧化碳排放量由 4249.68 百万吨攀升至 10503.75 百万吨；若温室气体排放得不到管控，预估本世纪末全球将有三分之一耕地面临绝收风险。二氧化碳浓度持续上升，还会制约作物体内矿质元素与蛋白质积累，致使农产品营养品质下降。