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EVERYhectareofpaddy[1]fieldsinAsiaprovidesenoughricetofeed27people.Fiftyyearsfromnow,accordingtosomeprojections,eachhectarewillhaveto
cater[2]for43.Convertingmorelandtopaddyisnotanoption,sincesuitableplotsarealreadyinshortsupply.Infact,inmanyofthecontinent'smostfertileriverbasins,urbansprawlisconsuminggrowingquantitiesofprimerice-farmingland.Moreover,globalwarmingislikelytomakefarmers'livesincreasinglydifficult,bycausingmorefrequentdroughtsinsomeplacesandworsefloodinginothers.（1）ScientistsattheInternationalRiceResearchInstitute(IRRI)doubtitispossibletoimproveproductivityasmuchasisneededthroughbetterfarmingpracticesortheadoptionofnewstrainsderivedfromconventionalcross-breeding.Instead,theyaimtoimprovericeyieldsby50%usingmoderngenetictechniques.
在亚洲，每公顷稻田产出的大米可够养活27个人。据预测，50年后每公顷稻田将必须为43个人供应口粮。由于可耕地本来就不足，因此将更多的土地变成稻田并不可取。事实上，在亚洲大陆许多非常肥沃的江河流域，城市扩张正在吞噬越来越多最适于种植水稻的土地。此外，全球气候变暖由于造成一些地方干旱频发和其它地方水涝加重而使得农民的生活日益艰难。国际水稻研究所（IRRI）的科学家认为，单靠优化耕作方式或采用常规杂交技术培育的新品种不可能进一步增加产量，相反，他们打算利用现代遗传修饰技术使水稻增产50%。
OnDecember4ththeConsultativeGrouponInternationalAgriculturalResearch(CGIAR),anetworkofresearchinstitutesofwhichIRRIisamember,unveiledaseriesofschemesintendedtoprotectcropyieldsagainsttheilleffectsofglobalwarming.Manyinvolvegeneticengineering—whichisgenerallyembracedby
farmersinpoorcountriesevenifsomeWesternconsumersturntheirnosesupatit.Some,though,onlyusegeneticstoidentifyusefulgenes.（2）Forexample,IRRI'sscientistshavefoundagenethatallowsanIndianricestraintosurvivetotalimmersion[3]forseveralweeks,andhavecross-breditintoastrainfavouredbyfarmersinflood-proneBangladesh.Intrials,thenewplantproducedasmuchriceastheoriginalundernormalconditions,butovertwiceasmuchafterprolongedflooding.Thistraitcouldincreasetheworld'sriceharvestdramatically,since
floodingdamagessome20mhectares(50macres)ofriceeachyearoutofatotalcropof150mhectares.
12月4日，国际农业研究磋商组织（CGIAR，一个研究系统，IRRI是其下属的研究所之一）披露了一系列旨在保护粮食产量免受全球气候变暖不利影响的方案，其中多数与基因工程有关（即使有些西方消费者拒绝接受经基因工程改良的粮食，但落后国家的农民还是广泛采用了此项技术），不过有的只是运用遗传学方法确定有益基因。例如，IRRI科学家已经发现了一种基因，它使一种印度水稻在被水完全淹没的环境下仍能存活数周。科学家将其与一种在易发洪涝的孟加拉国深受农民青睐的水稻进行了杂交。试种表明，新品种大米产量正常条件下与原品种产量相当，但在长时间洪涝后则是原品种产量的两倍多。鉴于全球总共1.5亿公顷农作物中每年大约有2千万公顷（5千万英亩）遭受洪涝破坏，这一特性有可能大幅度提高全球水稻收成。
Mostplantsuseanenzymecalledrubiscotoconvertcarbondioxide(CO2)intosugarscontainingthreecarbonatoms—aprocessknownasC3photosynthesis.Butattemperaturesabove25°C,rubiscobeginstobondwithoxygeninsteadofCO2,reducingtheefficiencyofthereaction.Asaresult,certainplantsinwarmclimateshaveevolvedadifferentmechanism,calledC4photosynthesis,inwhichotherenzymeshelptoconcentrateCO2aroundtherubisco,andtheinitialresultisa
four-carbonsugar.Inhot,sunnyclimes,theseC4plantsarehalfasefficientagainastheirC3counterparts.Theyalsouselesswaterandnitrogen.Theresult,inthecaseofstaplecrops,ishigheryieldsintougherconditions:ahectareofrice,aC3plant,producesaharvestofnomorethaneighttonnes,whereasmaize,aC4plant,yieldsasmuchas12tonnes.
大多数植物利用核酮糖-1，5二磷酸羧化酶加氧酶(rubisco)将二氧化碳（CO2）转化成含有3个碳原子的糖类，此过程即C3光合作用。但当温度超过25°C时，rubisco就不再与CO2结合，而开始结合氧分子，从而降低了光合效率。因此，处于温暖气候条件下的某些植物就进化产生不同的光合作用，即C4光合作用。在此作用过程中，其它酶类可促进CO2聚集到rubisco周围，反应生成的初始产物是四碳糖类。在炎热、阳光充足的气候下，这些C4植物光合效率比C3植物要高50％。此外，C4植物对水和氮气的需要量也较少。结果是，就主要作物而言，在较为恶劣的环境下产量比较高——一公顷的水稻（C3植物）产量最多为8吨，而一公顷的玉米（C4植物）产量可达12吨。
TurningaC3plantintoaC4one,though,istrickierthanconferringfloodresistance,sinceitinvolveswholesalechangesinanatomy.C4plantsoftenabsorbCO2fromtheairinonetypeofcellandthenconvertittosugarsthroughphotosynthesisin
another.C3plants,bycontrast,dobothjobsinthesameplace.
不过，将C3植物转化成C4植物由于涉及无数的结构变化，因此比培育抗涝品种要更为复杂。C4植物常常将空气中的CO2吸入到某一类细胞中，然后再在另一类细胞中利用光合作用将其转化为糖类。相比之下，C3植物则是在同一类细胞中完成这两个步骤。
（3）Ontheotherhand,C4photosynthesisseemstohaveevolvedmorethan50times,in19familiesofplant.Thatvarietysuggeststheshiftfromoneformofphotosynthesistotheotherisnotasradicalasmightappearatfirstsight.Italsogivesresearchersanumberofstartingpointsfortheproject.SomeC4plants,forexample,absorbCO2andphotosynthesiseitateitherendofspecialelongated[4]cells,insteadofseparatingthefunctionsoutintotwodifferenttypesofcell.ManyC3plants,meanwhile,haveseveralofthegenesneededforC4photosynthesis,butdonotusetheminthesameway.Infact,thedistinctionbetweenC3andC4plantsisnotalwaysclear-cut.Somespeciesuseonemethodintheirleavesandtheotherintheirstems.
此外，C4光合作用可见于19科植物中，至今可能经历了50次以上的进化。这么多次的进化表明，从一种形式的光合作用转化为另一形式的光合作用并不怎么“干净利落”。这也为研究人员提供了许多关于该研究的切入点。比如说，有的C4植物对CO2的吸收和光合都是分别在某一类长形的特殊细胞两端进行，而非分散到两类不同的细胞中。同时许多C3植物都含有数种C4光合作用必需的基因，但利用方式均不相同。实际上，C3与C4植物并非总是有着明显的区别。有的植物在其叶部利用一种光合机制，而在其茎部利用的又是另一种光合机制。