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, ja 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

Pienet Plankton-asemaprosessit merellä, jotka keräävät kahdesti niin paljon hiiltä kuin tutkijat ajattelivat
Pienet Plankton-asemaprosessit merellä, jotka keräävät kahdesti niin paljon hiiltä kuin tutkijat ajattelivat
by Ken Buesseler
Meressä on merkittävä rooli maailman hiilisyklissä. Vetovoima tulee pienistä planktoneista, jotka tuottavat…
Ilmastomuutos uhkaa juomaveden laatua suurten järvien yli
Ilmastomuutos uhkaa juomaveden laatua suurten järvien yli
by Gabriel Filippelli ja Joseph D. Ortiz
”Älä juo / älä kiehauta” ei ole mitä kukaan haluaa kuulla kaupunginsa vesijohtovedestä. Mutta yhdistetyt vaikutukset
Energian muutoksesta puhuminen voi rikkoa ilmaston umpikujan
Energian muutoksesta puhuminen voi rikkoa ilmaston umpikujan
by InnerSelfin henkilökunta
Jokaisella on energiatarinoita, olipa kyse sitten sukulaisesta, joka työskentelee öljynporauslautalla, vanhemmasta, joka opettaa lasta kääntymään ...
Viljelykasvit saattavat kohdata hyönteisten ja lämpenevän ilmaston kaksoisvaikeuksia
Viljelykasvit saattavat kohdata hyönteisten ja lämpenevän ilmaston kaksoisvaikeuksia
by Gregg Howe ja Nathan Havko
Hyönteiset ja kasvit, joista he ruokkivat, ovat vuosituhansien ajan olleet mukana evoluutiotaistelussa: syödä tai olla ...
Päästöttömien päästöjen saavuttamiseksi hallituksen on puututtava esteisiin, joilla ihmiset saatetaan pois sähköautoista
Päästöttömien päästöjen saavuttamiseksi hallituksen on puututtava esteisiin, joilla ihmiset saatetaan pois sähköautoista
by Swapnesh Masrani
Yhdistyneen kuningaskunnan ja Skotlannin hallitukset ovat asettaneet kunnianhimoiset tavoitteet tulla nolla-hiilidioksiditalouksiksi vuosiksi 2050 ja 2045 ...
Kevät on saapunut aikaisemmin Yhdysvaltojen yli, ja se ei ole aina hyviä uutisia
Kevät on saapunut aikaisemmin Yhdysvaltojen yli, ja se ei ole aina hyviä uutisia
by Theresa Crimmins
Lämmin ilmasto on edistänyt kevään saapumista suuressa osassa Yhdysvaltoja. Tämä vuosi ei ole poikkeus.
Viimeinen jääkausi kertoo meille, miksi meidän on pidettävä huolta 2 ℃ lämpötilan muutoksesta
Viimeinen jääkausi kertoo meille, miksi meidän on pidettävä huolta 2 ℃ lämpötilan muutoksesta
by Alan N Williams, et ai
Hallitustenvälisen ilmastomuutospaneelin (IPCC) viimeisimmässä raportissa todetaan, että ilman merkittävää vähennystä…
Georgian kaupunki saa puolet sähköstään presidentti Jimmy Carterin aurinkotilalta
Georgian kaupunki saa puolet sähköstään presidentti Jimmy Carterin aurinkotilalta
by Johnna Crider
Plains, Georgia, on pieni kaupunki, joka on vain Columbuksen, Maconin ja Atlantan eteläpuolella ja Albanyn pohjoispuolella. Se on…

UUSIMMAT ARTIKKELIT

Hurrikaanit ja muut äärimmäiset sääkatastrofit saavat jotkut ihmiset liikkumaan ja vangitsemaan toiset paikalleen
Hurrikaanit ja muut äärimmäiset sääkatastrofit saavat jotkut ihmiset liikkumaan ja vangitsemaan toiset paikalleen
by Jack DeWaard
Jos näyttää siltä, ​​että äärimmäiset sääkatastrofit, kuten hurrikaanit ja metsäpalot, ovat yhä yleisempiä, vakavia ja…
Jos kaikki autot olisivat sähköisiä, Ison-Britannian hiilidioksidipäästöt väheneisivät 12%
Jos kaikki autot olisivat sähköisiä, Ison-Britannian hiilidioksidipäästöt väheneisivät 12%
by George Milev ja Amin Al-Habaibeh
COVID-19-lukitus on vähentänyt saastumista ja päästöjä Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja muualla maailmassa tarjoamalla selkeän…
Brasilian Jair Bolsonaro on tuhoisa alkuperäiskansojen maat, ja maailma häiritsee sitä
Brasilian Jair Bolsonaro on tuhoisa alkuperäiskansojen maat, ja maailma häiritsee sitä
by Brian Garvey ja Mauricio Torres
Vuoden 2019 Amazonin tulipalot aiheuttivat Brasilian metsien suurimman yhden vuoden menetyksen kymmenessä vuodessa. Mutta maailman kanssa ...
Miksi maat eivät laske päästöjä maahantuomistaan ​​tavaroista
Miksi maat eivät laske päästöjä maahantuomistaan ​​tavaroista
by Sarah McLaren
Haluaisin tietää, sisältävätkö Uuden-Seelannin 0.17 prosentin hiilidioksidipäästöt valmistettujen tuotteiden päästöjä…
Vihreät pelastuspalvelut: Luottamalla hiilidioksidipäästöihin, saastuttavat lentoyhtiöt pääsevät koukkuun
Vihreät pelastuspalvelut: Luottamalla hiilidioksidipäästöihin, saastuttavat lentoyhtiöt pääsevät koukkuun
by Ben Christopher Howard
Koronaviruspandemia on maadoittanut tuhansia lentokoneita, mikä edistää kaikkien aikojen suurinta CO fall-laskua…
Pidemmin kasvavilla vuodenaikoilla on rajoitettu vaikutus ilmastomuutoksen torjuntaan
Pidemmin kasvavilla vuodenaikoilla on rajoitettu vaikutus ilmastomuutoksen torjuntaan
by Alemu Gonsamo
Ilmaston lämpeneminen johtaa varhaisiin lähteisiin ja viivästyneisiin syksyihin kylmempissä ympäristöissä, jolloin kasvit voivat kasvaa ...
Sekä konservatiivit että liberaalit haluavat vihreän energian tulevaisuutta, mutta eri syistä
Sekä konservatiivit että liberaalit haluavat vihreän energian tulevaisuutta, mutta eri syistä
by Deidra Miniard et ai
Poliittiset erimielisyydet ovat nykyään yhä kasvava kiinnitys Yhdysvalloissa riippumatta siitä, onko kyse avioliitosta, joka ylittää puolueen linjat.
Kuinka naudanlihan ilmastovaikutukset ovat verrattavissa kasviperäisiin vaihtoehtoihin
Kuinka naudanlihan ilmastovaikutukset ovat verrattavissa kasviperäisiin vaihtoehtoihin
by Alexandra Macmillan ja Jono Drew
Ihmettelen vegaaninlihan ilmastovaikutuksia verrattuna naudanlihaan. Kuinka hyvin käsitelty patty verrataan…