问题描述

当今和未来很长时间内，人类活动强烈、快速且持续性地影响全球气候环境，包括大气中温室气体（如二氧化碳、甲烷和氧化亚氮）的浓度增加、平均气温的上升、极端天气事件的增加，以及由此带来的土壤环境和动植物物种分布等变化。

土壤和温光环境是植物生长发育及其演化适应的基础。气候变化对农业生产的影响包括（1）降雨和温度变化：气候变化可能导致降雨分布和数量的变化以及温度的升高，从而影响农作物的生长和产量；（2）土壤质量下降：气候变化可能导致土壤质量下降，影响农作物的生长和产量；（3）水资源不足：气候变化可能会导致水资源的不足，对农业生产造成威胁。因此，利用最新的生物和环境技术手段，解析农作物基因与环境互作的分子与遗传机制，一方面是预判未来作物适应环境变化的基础前沿科学问题，另一方面也可以用于相应的作物未来设计育种。

问题背景

一方面，经济和社会的快速发展加剧了土壤和气候环境变化，追求高产的肥水等高投入集约化生产加剧了土壤酸化、盐渍化等，严重制约了农业生产发展。另一方面，全球温室气体排放增加显著影响着农业生产，作物必须适应全球气候变化下的土壤环境。

土壤是作物生长发育的基础，具备作物所需的水、肥、气、热（土壤肥力）。然而，土壤又是高度复杂多变，土壤的物理、化学和生物学特征共同决定了作物面对的土壤环境。因此，不同土壤环境起源的植物具有不同的遗传潜力和环境适应性，即“土宜”。

近年来，在农业和环境领域，虽然农业生产与温室气体排放之间的相互影响受到高度关注，但在土壤微生物学和作物生物学层面，仍然缺乏深入了解。

作物适应土壤环境的策略和农业生产上可以采取的措施包括但不局限于以下几个方面：（1）筛选和培育适应环境变化的农作物新品种，如盐、旱、涝、贫瘠适应性强的作物品种；（2）优化农作物生产管理，如改变播种时间、调整灌溉、施肥等措施；（3）实施保持和改良土壤肥力的措施，如使用有机肥料、保持耕作层、减少土壤侵蚀等。

最新进展（截止问题发布年度）

植物对环境的适应存在巨大的遗传差异。不同起源和驯化的农作物种质材料以及所培养的相应品种具有不同的土壤和环境适应性。近年来，利用不同的野生种质资源和地方品种，科学家已经挖掘到一些具有重大应用价值潜力的适应温光环境的基因，为破解植物适应极端环境提供了遗传证据。此外，不同的土壤环境包括管理措施，影响土壤中作物必需、有益、有害元素的形态和浓度，如旱地以硝态氮为主，水田以铵态氮为主，已经发现在二氧化碳浓度提升情况下，植物对铵、硝的吸收利用存在巨大的遗传差异。

至今为止，植物如何适应不同的贫瘠、酸、碱、旱、涝土壤环境，如何适应以二氧化碳快速提升的全球变化，尚未在分子遗传基础方面得到解析，严重制约了环境变化对未来作物生产潜力的判断，制约了资源高效的生物育种。

重要意义

突破该问题的解析，不仅可以回答人类对未来植物，尤其是农作物如何适应环境变化的基础科学问题，包括作物生产环境破坏所产生的后果担忧，而且引领未来在全球气候环境变化背景下的资源高效利用的生物育种，产生巨大的经济和环境效益。