Viljelykasvit saattavat kohdata hyönteisten ja lämpenevän ilmaston kaksoisvaikeuksia

Viljelykasvit saattavat kohdata hyönteisten ja lämpenevän ilmaston kaksoisvaikeuksia Kuumuudessa tomaattikasvit eivät pysty taistelemaan nälkäisen tupakan sarvimato, Manduca sexta. Osoitteesta www.shutterstock.com

Hyönteiset ja kasvit, joista he ruokkivat, ovat vuosituhansien ajan olleet mukana evoluutio-taistelussa: syödä tai olla syömättä. Viime aikoihin asti kaksi antagonistista puolta ovat pitäneet paikkansa umpikujassa. Ilmastomuutoksen myötä lämpimät lämpötilat saattavat kuitenkin johtaa tasapainoon hyönteisten hyväksi ja loitsuvaaran viljelykasveille ja niitä käyttäville viljelijöille.

Tutkimusryhmämme Michiganin osavaltion yliopistossa Kasvien kestävyysinstituutti katseli mitä tapahtui kuumemmalla säällä kun sarvimato-toukka hyökkäsi tomaattikasviin. Tomaatti hävisi. Näimme laitoksen yllättävän kompromissin lämpöaallon aikana: Se puolusti itseään toukkia vastaan, mutta tämä työ esti sitä käsittelemään lämmön haitallisia vaikutuksia. Tämä aiheutti kasvin ylikuumenemisen, mikä vahvisti toukkien käsiä.

Tutkijoiden vuonna 2018 tekemässä tutkimuksessa ennustettiin, että jokainen ilmaston lämpenemisen aste tulee lisää hyönteisten sadonmenetystä 10–25 prosenttia koska hyönteisten populaatiot ja heidän ruokahalunsa nousevat lämpimissä lämpötiloissa. Muut ilmastoon liittyvät muuttujat, mukaan lukien pitkittyneet kuivuus tai tulvat, todennäköisesti yhdistävät nämä tappiot.

Mutta vaikka tutkijat ovat tunnistaneet nämä monipuoliset haasteet elintarviketuotannossa, he eivät vielä tiedä paljoa siitä, kuinka lämmön ja hyönteisten yhdistelmä vaikuttaa kasvien sisäänrakennettuihin puolustusjärjestelmiin.

Kasvit tuntevat ja reagoivat jatkuvasti ympäristönsä muutoksiin, mukaan lukien kasvisyövät hyönteiset.

Kuinka kasvit torjuvat hyönteisten tuholaisia

Toisin kuin eläimet, kasvit eivät voi juosta eikä piiloutua petoeläimiltä. Sen sijaan kasvit tuottavat myrkyllisten kemikaalien arsenaalia, joka torjuu hyönteisten ja muiden kasvien kuluttajien hyökkäyksiä.

Näiden yhdisteiden tuottaminen on kallista ja usein hidastaa niiden kasvua, joten kasvit käyttävät tätä kemiallista puolustusarsenaalia vain silloin, kun pureskeltava hyönteinen vahingoittaa sitä. Tämän prosessin laukaisee kasvihaavahormoni jasmonaatti, joka kontrolloi tiiviisti hyönteisiä torjuvien kemiallisten puolustusyhdisteiden biosynteesiä, jakautumista ja varastointia.

Yli 20 vuoden ajan olemme tutkineet kuinka jasmonate suojaa kasveja hyönteisten kasvissyöjiltä. Vasta äskettäin olemme alkaneet miettiä, miten nousevat globaalit lämpötilat vaikuttavat tähän yleiseen kasvien puolustusmekanismiin.

Lämpö ja nälkäinen toukka

Tutkimuksessamme me haastoi tomaattikasveja sarvimato-toukilla joko normaalissa lämpötilassa: 82 astetta F päivää (noin 28 astetta C) ja 64 astetta F yötä (noin 18 astetta C). Simuloimme myös lämpöaaltoja, lämpötilojen ollessa päivällä noussut 100 asteeseen (38 C) ja laskeneen lämpötilaan 82 F (28 C) yöllä useita päiviä.

Kasvit reagoivat kuumempiin lämpötiloihin tehostamalla jasmonaatin tuotantoa ja seurauksena lisäämällä eri puolustusyhdisteiden tuotantoa. Silti hyönteiset söivät kasveja armottomasti kuumuudessa.

Sillä välin ryhmämme suorittamassa rinnakkaisessa tutkimuksessa havaittiin, että lämpötilan kohtuullinen nousu nopeutti hyönteisten aineenvaihduntaa niin että he söivät nopeammin ja vahingoittivat enemmän kasveja. Vaikka tomaattikasvit taistelivat kovasti kemiallisella vasteellaan, ne eivät pystyneet neutraloimaan hyönteisten voimakasta lämmön aiheuttamaa syömisstimulia.

Mallit saattavat aliarvioida sadon menetyksiä ilmastomuutoksen vuoksi, koska ne eivät ota huomioon, kuinka saastuneet kasvit reagoivat nouseviin lämpötiloihin.

Hyönteiset + lämpö = kaksinkertainen ongelma

Kasvit käyttävät kahta strategiaa jäähtyäkseen, kun lämpötilat nousevat liian korkeaksi. Ne avaavat pienet lehtihuokoset, joita kutsutaan stomateiksi, vapauttaen vettä, joka jäähdyttää niitä paljon kuin hikoilu jäähdyttää ihmisiä. Kasvit torjuvat myös lämpörasistusta nostamalla lehdet pois kuumasta maasta, ehkä etsien viileää tuulta.

Havaitsimme odottamatta työssämme, että tomaatin kasvit, jotka herkuttivat toukkien lämpimämpään lämpötilaan, eivät tehneet näitä asioita, eivätkä siten jäähdyttäneet lehtiään.

Seurantakokeissa havaitsimme, että kun toukka söi sen lehdet ja kasvi aktivoi jasmonaattihormonin, tämä tukki pienen pilkun avaamisen ja esti myös lehtiä nostamasta jäähtymään. Kasvi ei pystynyt käyttämään jäähdytysvastettaan, ja samalla fotosynteesi (ruoan valmistaminen auringonvalosta ja hiilidioksidista) väheni.

Nämä olosuhteet hidastavat tehokkaasti kasvin kasvua. Näin ollen, vaikka tomaattikasvit selviävät hyönteisten hyökkäyksistä tai kohonneesta lämpötilasta, jos nämä kaksi stressiä tulevat samanaikaisesti, se aiheuttaa kaksinkertaisen vaivan. Tuloksena on nälkäisten toukkien nopea defoliatio sekä lehtien ylikuumeneminen.

Opiskele kasveja todellisissa ympäristöissä

Miksi hyönteisten hyökkäys estää kasveja jäähtymästä, on edelleen mysteeri. Kun kasvit sulkevat vatsan hyönteisten hyökkäyksen aikana, ne säästävät vettä estämällä sitä haihtumasta haavoittuneilta lehdiltä. Uskomme, että tämä vastaus voi hyödyttää kasvia, kun vettä on vähän, mikä tapahtuu usein lämpöaallon aikana.

Suunnittelemme käsitellä tätä kysymystä tutkimalla kasveja, jotka on kasvatettu luonnonmukaisessa ympäristössä karkeissa olosuhteissa, eikä erittäin kontrolloiduissa laboratorio-olosuhteissa. Uskomme, että tällaiset tutkimukset ovat välttämättömiä sellaisten kasvien kehittämiseksi, jotka kestävät sekä lämpöä että haavan aiheuttamaa stressiä.

Joustavien kasvien tuottaminen

Monet asiantuntijat arvioivat, että maatalouden tuottavuuden on kaksinkertaistuttava seuraavan 30 vuoden aikana vastaamaan a nopeasti kasvava väestö. Tärkeimpien viljelykasvien nykyiset satoavat ja muuttuvan globaalin ympäristön epävarmat vaikutukset viittaavat siihen, että maailma jää selvästi pienemmäksi kuin perinteiset maatalouskäytännöt.

Yhdistyneen kuningaskunnan Kuninkaallinen yhteisö ja muut tieteelliset organisaatiot ovat vaatineet a Toinen vihreä vallankumous Tämä mahdollistaa maatalouden kestävän tehostamisen kehittämällä kasveja, jotka ovat kestävämpiä yhä ankarien ympäristöolosuhteiden edessä.

Viimeaikainen teknologinen kehitys genomista ja geenien muokkaamisesta laskennalliseen ja datatieteelliseen lähestymistapaan tarjoaa tutkijoille ennennäkemättömät mahdollisuudet työskennellä tämän tavoitteen saavuttamiseksi. Saavuttavamme paremman ymmärryksen lämmön ja hyönteisten monimutkaisista vuorovaikutuksista, toivomme, että tutkimuksemme voi tarjota uusia strategioita kasvien kestävyyden lisäämiseksi lämpenemisessä maailmassa.

Author

Gregg Howe, biokemian ja molekyylibiologian professori, Michigan State University ja Nathan Havko, tutkijatohtori kasvitutkimuksesta, Michigan State University

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

Liittyvät kirjat

Elämä hiilen jälkeen: kaupunkien seuraava globaali muutos

by Peter Plastrik, John Cleveland
1610918495Kaupungiemme tulevaisuus ei ole se, mitä se oli aiemmin. Nykyaikainen kaupunki -malli, joka otettiin maailmanlaajuisesti käyttöön kahdennenkymmenennellä vuosisadalla, on ylittänyt sen hyödyllisyyden. Se ei voi ratkaista ongelmia, joita se auttoi luomaan - erityisesti ilmaston lämpenemistä. Onneksi kaupungeissa on tulossa uusi kaupunkikehitysmalli ilmastonmuutoksen todellisuuden torjumiseksi. Se muuttaa tapaa, jolla kaupungit suunnittelevat ja käyttävät fyysistä tilaa, tuottavat taloudellista vaurautta, kuluttavat ja hävittävät resursseja, hyödyntävät ja ylläpitävät luonnon ekosysteemejä ja valmistautuvat tulevaisuuteen. Saatavana Amazon

Kuudes sukupuutto: luonnoton historia

esittäjä (t): Elizabeth Kolbert
1250062187Viimeisten puolen miljardin vuoden aikana on tapahtunut viisi massiivista sukupuuttoa, kun maan monimuotoisuus yhtäkkiä ja dramaattisesti supistui. Tiedemiehet ympäri maailmaa valvovat kuudennen sukupuuttoon, ja ennustetaan olevan tuhoisin sukupuuttoon liittyvä tapahtuma, koska asteroidivaikutus, joka hävisi dinosaurukset. Tällä kertaa kataklysmi on meille. Proseissa, jotka ovat heti avoimia, viihdyttäviä ja syvästi informoituneita, Newyorkilainen kirjailija Elizabeth Kolbert kertoo, miksi ja miten ihminen on muuttanut elämää planeetalla tavalla, jota mikään laji ei ole ennen. Kolbert tarjoaa tutkimukselle puoli tusinaa tieteenaloja, kuvaukset kiehtovista lajeista, jotka ovat jo kadonneet, ja sukupuuton historiasta käsitteenä, Kolbert tarjoaa liikkuvan ja kattavan selvityksen katoamisistamme, jotka tapahtuvat silmiemme edessä. Hän osoittaa, että kuudes sukupuutto on todennäköisesti ihmiskunnan kestävin perintö, joka pakottaa meidät harkitsemaan uudelleen perustavanlaatuista kysymystä siitä, mitä tarkoittaa olla ihminen. Saatavana Amazon

Ilmaston sodat: taistelu selviytymisestä maailman ylikuumenemisena

esittäjä (t): Gwynne Dyer
1851687181Ilmasto-pakolaisten aallot. Kymmenet epäonnistuneet valtiot. Kaikki sota. Yhdestä maailman suurista geopoliittisista analyytikoista tulee kauhistuttava näkemys lähitulevaisuuden strategisista realiteeteista, kun ilmastonmuutos herättää maailman valtaa kohti kurkkumielisyyttä. Prescient ja unflinching, Ilmaston sodat on yksi tulevien vuosien tärkeimmistä kirjoista. Lue se ja selvitä, mitä olemme menossa. Saatavana Amazon

Julkaisijasta:
Ostot Amazon-palvelussa kulkevat sinut tuodakseen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, että ClimateImpactNews.com maksutta ja ilman mainostajia, jotka seuraavat seurantatapojasi. Vaikka napsautat linkkiä, mutta älä osta näitä valittuja tuotteita, kaikki muut, jotka ostat samassa Amazon-vierailussa, maksaa meille pienen palkkion. Sinulle ei aiheudu lisäkustannuksia, joten olkaa hyvä ja edistäkää työtä. Voit myös käytä tätä linkkiä käyttää Amazonia milloin tahansa, jotta voit auttaa tukemaan ponnisteluja.

 

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

seuraa InnerSelfia

facebook-kuvakeTwitter-kuvakeRSS-kuvake

 Hanki uusimmat sähköpostitse

{Emailcloak = off}

UUSIMMAT VIDEOT

Viisi epäuskoa ilmastoon: Kaatumiskurssi ilmaston väärinkäytöksissä
Viisi ilmastonmuutosta: Kaatumiskurssi ilmaston väärinkäytöksissä
by John Cook
Tämä video on kaatumiskurssi väärässä ilmastotiedossa, jossa esitetään yhteenveto tärkeimmistä argumenteista, joita on käytetty epäilemään todellisuutta…
Arktinen alue ei ole ollut näin lämmin 3 miljoonan vuoden ajan, mikä merkitsee suuria muutoksia planeetalle
Arktinen alue ei ole ollut näin lämmin 3 miljoonan vuoden ajan, mikä merkitsee suuria muutoksia planeetalle
by Julie Brigham-Grette ja Steve Petsch
Pohjoisen Jäämeren merijää peittyy joka vuosi matalaan pisteeseen syyskuun puolivälissä. Tänä vuonna se on vain 1.44…
Mikä on hurrikaanimyrskyn aalto ja miksi se on niin vaarallista?
Mikä on hurrikaanimyrskyn aalto ja miksi se on niin vaarallista?
by Anthony C. Didlake Jr.
Kun hurrikaani Sally suuntasi lahden pohjoisrannikolle tiistaina 15. syyskuuta 2020, ennustajat varoittivat…
Valtameren lämpeneminen uhkaa koralliriuttoja ja saattaa pian vaikeuttaa niiden palauttamista
Valtameren lämpeneminen uhkaa koralliriuttoja ja saattaa pian vaikeuttaa niiden palauttamista
by Shawna Foo
Jokainen, joka hoitaa puutarhaa juuri nyt, tietää, mitä äärimmäinen lämpö voi tehdä kasveille. Lämpö on myös huolenaihe…
Auringonpaikat vaikuttavat säämme, mutta eivät yhtä paljon kuin muut asiat
Auringonpaikat vaikuttavat säämme, mutta eivät yhtä paljon kuin muut asiat
by Robert McLachlan
Menemmekö ajanjaksolle, jossa aurinkoaktiivisuus on matalampaa, ts. Auringonpilkut? Kauanko se tulee kestämään? Mitä tapahtuu maailmallemme ...
Likainen temppu ilmastotieteilijöille kolmen vuosikymmenen aikana IPCC: n ensimmäisen raportin jälkeen
Likainen temppu ilmastotieteilijöille kolmen vuosikymmenen aikana IPCC: n ensimmäisen raportin jälkeen
by Marc Hudson
Kolmekymmentä vuotta sitten, pienessä ruotsalaisessa kaupungissa Sundsvall, hallitustenvälinen ilmastomuutospaneeli (IPCC)…
Metaanipäästöt saavuttivat ennätystasot
Metaanipäästöt saavuttivat ennätystasot
by Josie Garthwaite
Tutkimukset osoittavat, että metaanipäästöt maailmanlaajuisesti ovat saavuttaneet ennätyksellisen korkeimman tason.
merilevä Forrest 7 12
Kuinka maailman valtamerten metsät osaltaan lievittävät ilmastokriisiä
by Emma Bryce
Tutkijat etsivät merilevää apua hiilidioksidin varastoinnissa kaukana meren pinnan alla.

UUSIMMAT ARTIKKELIT

Jumala tarkoitti sitä kertakäyttöisenä planeettana: Tapaa meille pastori, joka saarnaa ilmastonmuutoksen kieltämistä
Jumala tarkoitti sitä kertakäyttöisenä planeettana: Tapaa meille pastori, joka saarnaa ilmastonmuutoksen kieltämistä
by Paul Braterman
Aina niin usein kohtaat kirjeen, joka on niin erikoinen, ettet voi olla jakamatta sitä. Yksi tällainen pala on…
Kuivuus ja kuumuus uhkaavat yhdessä länsimaita
Kuivuus ja kuumuus uhkaavat yhdessä länsimaita
by Tim Radford
Ilmastonmuutos on todella polttava asia. Samanaikainen kuivuus ja kuumuus ovat yhä todennäköisempiä useimmille…
Kiina vain hämmästytti maailmaa tehostamalla ilmastotoimia
Kiina vain hämmästytti maailmaa tehostamalla ilmastotoimia
by Hao Tan
Kiinan presidentti Xi Jinping yllätti globaalin yhteisön äskettäin sitoutumalla maansa nollapäästöihin…
Kuinka ilmastonmuutos, muuttoliike ja lampaiden tappava sairaus muuttavat käsitystämme pandemioista?
Kuinka ilmastonmuutos, muuttoliike ja lampaiden tappava sairaus muuttavat käsitystämme pandemioista?
by Super User
Uusi kehys patogeenien evoluutiolle paljastaa maailman, joka on paljon alttiimpi taudinpurkauksille kuin aiemmin ...
Ilmastolämpö sulaa arktiset lumet ja kuivaa metsät
Mitä odottaa nuorten ilmastoliike
by David Tindall
Opiskelijat ympäri maailmaa palasivat kaduille syyskuun lopulla ensimmäistä kertaa maailmanlaajuisen ilmastotoimien päivän…
Historialliset Amazonin sademetsien tulipalot uhkaavat ilmastoa ja lisäävät uusien sairauksien riskiä
Historialliset Amazonin sademetsien tulipalot uhkaavat ilmastoa ja lisäävät uusien sairauksien riskiä
by Kerry William Bowman
Amazonin alueen tulipalot vuonna 2019 olivat ennennäkemättömiä tuhoissaan. Tuhannet tulipalot olivat palaneet yli…
Ilmastolämpö sulattaa arktiset lumet ja kuivaa metsät
Ilmastolämpö sulaa arktiset lumet ja kuivaa metsät
by Tim Radford
Tulipalot palavat nyt arktisten lumen alla, missä kerran kosteimmatkin sademetsät palivat. Ilmastonmuutos tuottaa epätodennäköistä…
Meren lämpöaallot ovat yleistymässä ja voimakkaampia
Meren lämpöaallot ovat yleistymässä ja voimakkaampia
by Jen Monnier, Enisa
Parannetut valtamerten "sääennusteet" antavat toivoa vähentää kalastuksen ja ekosysteemien tuhoja ympäri maailmaa