Gewasse kan met dubbele probleme ondervind word deur insekte en 'n warm klimaat - Klimaatsimpaknuus | Klimaatsimpaknuus
Gregg Howe en Nathan Havko
In die hitte kan tamatieplante nie die honger tabakhoringwurm, Manduca sexta, bestry nie. Van www.shutterstock.com
Insekte en die plante waarop hulle voed, is al millennia besig met 'n evolusionêre stryd: om te eet of nie geëet te word nie. Tot onlangs het die twee antagonistiese kante 'n vals soort behou. Met klimaatsverandering kan die warmer temperatuur egter die balans gee ten gunste van die insekte en die gevaar vir gewasse en die boere wat na hulle neig.
Ons navorsingspan aan die Michigan State University's Plantveerkragtigheidsinstituut gekyk na wat in warmer weer gebeur het horingwurmspesies het 'n tamatieplant aangeval. Die tamatie verloor. Ons het tydens die hittegolf 'n verrassende inruiling gesien: dit het homself verdedig teen die ruspes, maar hierdie poging het verhoed dat dit die skadelike gevolge van hitte kon hanteer. Dit het veroorsaak dat die plant oorverhit het, wat die ruspes se hand versterk het.
'N Studie deur navorsers in 2018 het voorspel dat elke graad van aardverwarming sal wees verhoog oesverlies van insekte met 10% tot 25% omdat insekbevolkings en hul eetlus in warm temperatuur styg. Ander klimaatsverwante veranderlikes, insluitend langdurige droogtes of vloede, sal waarskynlik hierdie verliese vererger.
Alhoewel wetenskaplikes hierdie uiteenlopende uitdagings vir voedselproduksie geïdentifiseer het, weet hulle nog steeds nie veel hoe die kombinasie van hitte en insekte die ingeboude verdedigingstelsels van die plante sal beïnvloed nie.
Plante voel en reageer gedurig op veranderinge in hul omgewings, insluitend die teenwoordigheid van plante-eetende insekte.
Hoe plante insekplae bekamp
Anders as diere, kan plante nie vir roofdiere hardloop of wegkruip nie. In plaas daarvan produseer plante 'n arsenaal van giftige chemikalieë wat aanval deur insekte en ander plantverbruikers afstoot.
Die vervaardiging van hierdie verbindings is duur, en dit stimuleer dikwels hul groei, sodat plante slegs hierdie chemiese verdedigingsarsenaal gebruik wanneer dit deur 'n kouende insek beskadig word. Hierdie proses word veroorsaak deur die plantwondhormoon, jasmonaat, wat die biosintese, verspreiding en berging van chemiese verdedigingsverbindings wat insekte afstoot, noukeurig beheer.
Ons het meer as 20 jaar bestudeer hoe jasmonaat beskerm plante van insekvreters. Ons het eers onlangs begin nadink oor hoe stygende wêreldtemperature hierdie algemene plantverdedigingsmeganisme beïnvloed.
Verhit en die honger ruspe
In ons studie het ons uitgedaagde tamatieplante met uilwurmsruspes onder normale temperatuuromstandighede: 82 grade F dae (ongeveer 28 grade C) en 64 grade F nagte (ongeveer 18 grade C). Ons het ook hittegolwe gesimuleer, met temperatuur bedags tot 100 F (38 C) en 'n paar dae snags tot 82 F (28 C).
Die plante reageer op die warmer temperatuur deur die produksie van jasmonaat te verhoog en gevolglik die produksie van verskillende verdedigingsverbindings te verhoog. Desondanks het insekte die plante meedoënloos in die hitte geëet.
Intussen het 'n parallelle studie deur ons span bevind dat matige toename in temperatuur bespoedig die metabolisme van die insekte sodat hulle vinniger geëet het en die plante meer skade berokken het. Alhoewel tamatieplante hard geveg het met hul chemiese reaksie, kon hulle nie die insekte se kragtige hitteverwante eetstimulus neutraliseer nie.
Modelle kan gewasverliese as gevolg van klimaatsverandering onderskat omdat hulle nie oorweeg hoe besmette plante op stygende temperature reageer nie.
Insekte + hitte = dubbele probleme
Plante gebruik twee strategieë om af te koel as die temperatuur te hoog word. Hulle sal hul piepklein blaar porieë, wat stomata genoem word, oopmaak en water vrylaat wat hulle baie verkoel, aangesien sweet mense verkoel. Plante bestry ook hittestres deur hul blare van die warm grond weg te lig, miskien op soek na 'n koel briesie.
Ons het in ons werk onverwags ontdek dat tamatieplante wat deur die ruspes uitgedaag word by die warmer temperatuur, nie hierdie dinge doen nie en dus nie die blare kon afkoel nie.
In ons opvolgeksperimente het ons gevind dat wanneer ruspes sy blare opgeëet het en die plant die hormoon jasmonaat aktiveer, dit die opening van die klein stomata versper en ook verhinder word dat blare opgelig het om af te koel. Die plant kon nie sy koelrespons ontplooi nie, en terselfdertyd is fotosintese (voedsel uit sonlig en koolstofdioksied) verminder.
Hierdie omstandighede vertraag die plant effektief. Dus, alhoewel tamatieplante goed met insekaanvalle of verhoogde temperatuur kan klaarkom, is dit 'n dubbele probleme as hierdie twee spanning terselfdertyd voorkom. Die resultaat is vinnige ontblaring deur honger ruspes plus oorverhitting van blaar.
Hou op om my tamatieplante te eet! #hornwurms pic.twitter.com/qTP9QcuhKV
- Eeyore, PhD (@hellmart) Junie 6, 2018
Bestudeer plante in regte omgewings
Die rede waarom insekaanvalle die plante nie laat afkoel nie, bly 'n raaisel. Wanneer plante egter hul stomata toemaak tydens 'n insekaanval, bespaar hulle water deur te voorkom dat dit van die gewonde blare verdamp. Ons dink dat hierdie reaksie die plant kan bevoordeel as daar 'n tekort aan water is, wat dikwels die geval is tydens hittegolwe.
Ons beplan om hierdie vraag aan te spreek deur plante wat gekweek word in die ru-en-tuimel van natuurlike omgewings te bestudeer, eerder as onder hoogs beheerde laboratoriumtoestande. Ons glo dat sulke studies nodig is om gewasse te ontwikkel wat hitte- en wondspanning kan weerstaan.
Maak meer veerkragtige plante
Baie kenners skat dat die landbouproduktiwiteit binne die volgende 30 jaar moet verdubbel om aan die eise van 'n vinnig groeiende bevolking. Huidige opbrengstrojekte vir groot gewasse, gekombineer met die onsekere gevolge van 'n veranderende wêreldomgewing, dui daarop dat die wêreld met hierdie konvensionele landboupraktyk te kort sal gaan.
Die Verenigde Koninkryk Royal Society en ander wetenskaplike organisasies het 'n beroep op 'n Tweede Groen Revolusie wat die volhoubare intensivering van die landbou moontlik maak deur die ontwikkeling van gewasse wat meer veerkragtig is in die lig van toenemende omgewingstoestande.
Onlangse tegnologiese vooruitgang, van genomika en geenbewerking tot berekenings- en datawetenskaplike benaderings, bied navorsers ongekende geleenthede om hierdie doel te bereik. As ons 'n beter begrip van die ingewikkelde interaksies tussen hitte- en insekaanvalle het, hoop ons dat ons navorsing nuwe strategieë kan inlig om die veerkragtigheid van plante in 'n warm wêreld te verhoog.
Gregg Howe, professor in biochemie en molekulêre biologie, Michigan State University en Nathan Havko, postdoktorale genoot in plantnavorsing, Michigan State University
Arktiese Tundra sal na Bos draai
Die Goeie Nuus vir die mens is dat die noordpoolgebied warmer sal wees en dit sal woude ontkiem, hoewel dit slegte nuus vir baie ander diersoorte sal wees. Die slegte nuus? Suidelike gebiede sal ook warmer wees en ...
Dieper kyk na die gesondheidskoste van klimaatgevare
NRDC en vennote het verlede maand 'n verslag uitgereik oor die verbysterende finansiële tol van fossielbrandstof lugbesoedeling en klimaatsverandering vir die menslike gesondheid in die Verenigde State.
Klimaatsverandering het hierdie Fidjiaanse gemeenskappe gedwing om te beweeg
by Annah Piggott-McKellar, et al
Die oorspronklike Fidjiaanse dorpie Vunidogoloa is verlate. Huise, nou vervalle, bly oorgroei met plantegroei.
Die vele redes hiervoor is onder meer die beleid vir stedelike verdigting, klimaatsverandering en sosiale tendense soos groter huise en woonstelle, wat minder ruimte vir tuine en bome laat.
Wetenskaplikes vind bewyse van groot "opgaartenks" van water diep onder die smeltende Groenland-ys wat 'n groot invloed op seevlakverhoging kan hê.
Klimaatverandering beskadig Europa se woud
Nuwe navorsing toon dat bos-ekosisteme besonder kwesbaar is vir vinnige veranderinge in die klimaat - en het vir dekades intensiewe versteuring in Europa gely.