Afgrøder kan møde dobbeltbesvær fra insekter og et opvarmende klima

Afgrøder kan møde dobbeltbesvær fra insekter og et opvarmende klima I varmen kan tomatplanter ikke bekæmpe den sultne tobaksehornorm, Manduca sexta. Fra www.shutterstock.com

I årtusinder har insekter og planterne, de lever af, været involveret i en co-evolutionær kamp: at spise eller ikke blive spist. Indtil for nylig har de to antagonistiske sider opretholdt et slags dødvande. Med klimaforandringer kunne varmere temperaturer imidlertid vippe balancen til fordel for insekterne og stave fare for afgrøder og de landmænd, der har tendens til dem.

Vores forskerteam ved Michigan State University's Plant Resilience Institute så hvad der skete i varmere vejr, da hornormorm larver angreb en tomatplante. Tomaten mistede. Vi så en overraskende kompromis fra anlægget under varmebølgen: Den forsvarede sig mod larverne, men denne indsats forhindrede den i at håndtere de skadelige virkninger af varme. Dette fik anlægget til at blive overophedet, hvilket styrkede larvernes hånd.

En undersøgelse foretaget af forskere i 2018 forudsagde, at hver grad af global opvarmning vil øge afgrødetab fra insekter med 10% til 25% fordi insektpopulationer og deres appetit vokser ved varme temperaturer. Andre klimarelaterede variabler, herunder langvarige tørke eller oversvømmelser, vil sandsynligvis blande disse tab.

Men selvom forskere har identificeret disse forskellige udfordringer for fødevareproduktionen, ved de stadig ikke meget om, hvordan kombinationen af ​​varme og insekter vil påvirke planternes indbyggede forsvarssystemer.

Planter fornemmer og reagerer konstant på ændringer i deres miljøer, herunder tilstedeværelsen af ​​insekter, der spiser planter.

Hvordan planter bekæmper skadedyr

I modsætning til dyr kan planter ikke løbe eller skjule sig for rovdyr. I stedet producerer planter et arsenal af giftige kemikalier, der afviser angreb fra insekter og andre planteforbrugere.

Det er dyrt at producere disse forbindelser og bedøve deres vækst, så planter anvender kun dette kemiske forsvarsarsenal, når de bliver beskadiget af et tyggende insekt. Denne proces udløses af plantesårhormonet, jasmonat, som tæt kontrollerer biosyntese, distribution og opbevaring af kemiske forsvarsforbindelser, der afviser insekter.

I mere end 20 år har vi undersøgt, hvordan jasmonat beskytter planter fra krydderurt. Først for nylig er vi begyndt at tænke på, hvordan stigende globale temperaturer påvirker denne almindelige planteforsvarsmekanisme.

Varme og den sultne larve

I vores undersøgelse vi udfordrede tomatplanter med hornormorm larver under enten normale temperaturforhold: 82 grader F dage (ca. 28 grader C) og 64 grader F nætter (ca. 18 grader C). Vi simulerede også varmebølger, med temperaturer, der stiger til 100 ° C i løbet af dagen og falder til 38 ° C om natten i flere dage.

Planterne reagerede på de varmere temperaturer ved at intensivere produktionen af ​​jasmonat og som følge heraf øge produktionen af ​​forskellige forsvarsforbindelser. Alligevel spiste insekter planløs ubarmhjertigt i varmen.

I mellemtiden fandt en parallel undersøgelse af vores team, at moderate stigninger i temperaturen fremskyndede insektenes stofskifte så de spiste hurtigere og gjorde større skade på planterne. Selvom tomatplanter kæmpede hårdt med deres kemiske respons, kunne de ikke neutralisere insektenes kraftfulde varmeaktiverede spisestimulering.

Modeller kan undervurdere afgrødetab på grund af klimaændringer, fordi de ikke overvejer, hvordan inficerede planter reagerer på stigende temperaturer.

Insekter + varme = dobbelt besvær

Planter bruger to strategier til at køle ned, når temperaturerne bliver for høje. De åbner deres små bladporer, der kaldes stomata, og frigiver vand, der afkøler dem meget, da svedt afkøler mennesker. Planter bekæmper også varmestress ved at løfte deres blade væk fra den varme jord, måske på jagt efter en kølig brise.

Vi opdagede uventet i vores arbejde, at tomatplanter, der blev udfordret af larver ved den varmere temperatur, ikke gjorde disse ting og dermed ikke kunne afkøle deres blade.

I vores opfølgende eksperimenter fandt vi, at når larver spiste sine blade og planten aktiverede hormonet jasmonat, blokerede dette åbningen af ​​den lille stomata og forhindrede også, at blade løftes op til afkøling. Anlægget kunne ikke anvende sit kølerespons, og på samme tid blev fotosyntesen (fremstilling af mad fra sollys og kuldioxid) reduceret.

Disse omstændigheder bremser effektivt væksten af ​​planten. Selvom tomatplanter kan klare sig godt med insektangreb eller forhøjet temperatur, hvis disse to spændinger kommer på samme tid, betyder det stave dobbeltbesvær. Resultatet er hurtig affedning af sultne larver plus overophedning af blade.

Undersøgelse af planter i virkelige miljøer

Hvorfor insektangreb forhindrer planterne i at afkøle sig forbliver et mysterium. Når planter lukker deres tomater under et insektangreb, sparer de imidlertid vand ved at forhindre, at det fordamper fra sårede blade. Vi tror, ​​at dette svar kan være en fordel for anlægget, når der mangler vand, hvilket ofte er tilfældet under hetebølger.

Vi planlægger at tage dette spørgsmål op ved at studere planter, der er dyrket i ujævnhed i naturlige miljøer, snarere end under meget kontrollerede laboratorieforhold. Vi mener, at sådanne undersøgelser er nødvendige for at udvikle afgrøder, der kan modstå både varme og sårstress.

At gøre mere elastiske planter

Mange eksperter vurderer, at landbrugsproduktiviteten skal fordobles i de næste 30 år for at imødekomme kravene fra en hurtigt voksende befolkning. De aktuelle udbyttebaner for større afgrøder, kombineret med de usikre virkninger af et skiftende globalt miljø, antyder, at verden kommer langt under denne efterspørgsel ved hjælp af konventionel landbrugspraksis.

Det Forenede Kongeriges Royal Society og andre videnskabelige organisationer har opfordret til en Anden grøn revolution der tillader en bæredygtig intensivering af landbruget gennem udvikling af afgrøder, der er mere modstandsdygtige over for mere og mere barske miljøforhold.

De seneste teknologiske fremskridt, fra genomik og genredigering til beregnings- og datavidenskabelige tilgange, giver forskere hidtil usete muligheder for at arbejde mod dette mål. Når vi opnår en bedre forståelse af de komplekse interaktioner mellem varme- og insektangreb, håber vi, at vores forskning kan informere om nye strategier for at øge plantens modstandsdygtighed i en opvarmende verden.

Om forfatteren

Gregg Howe, professor i biokemi og molekylærbiologi, Michigan State University og Nathan Havko, postdoktor i planteforskning, Michigan State University

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

Relaterede bøger

Livet efter kulstof: Den næste globale transformation af byer

by Peter Plastrik, John Cleveland
1610918495Vores byers fremtid er ikke, hvad den plejede at være. Den moderne by model, der tog holder globalt i det tyvende århundrede har overlevet sin nytte. Det kan ikke løse de problemer, det hjalp med at skabe - især den globale opvarmning. Heldigvis er en ny model for byudvikling dukker op i byerne at aggressivt tackle realiteter klimaændringer. Det transformerer den måde, byer designer og bruger det fysiske rum, skaber økonomisk velstand, forbruger og disponerer over ressourcer, udnytter og opretholder de naturlige økosystemer og forbereder sig på fremtiden. Fås på Amazon

Den sjette udryddelse: En unaturlig historie

af Elizabeth Kolbert
1250062187I løbet af det sidste halve milliard år, har der været fem masseudryddelser, hvor mangfoldigheden af ​​liv på jorden pludseligt og dramatisk kontraheret. Forskere overalt i verden overvåger i øjeblikket den sjette udryddelse, der forudses at være den mest ødelæggende udryddelsesbegivenhed siden den asteroide påvirkning, der udslettede dinosaurierne. Denne gang er katastrofen os. I prosa, der på én gang er ærlig, underholdende og dybt informeret, New Yorker forfatter Elizabeth Kølbert fortæller os, hvorfor og hvordan mennesker har ændret livet på planeten på en måde ingen art har før. Sammenflettende forskning inden for et halvt dusin discipliner, beskrivelser af de fascinerende arter, der allerede er gået tabt, og historien om udryddelse som koncept, giver Kolbert en bevægende og omfattende redegørelse for forsvinden, der opstår foran vores øjne. Hun viser, at den sjette udryddelse sandsynligvis er menneskehedens mest varige arv, hvilket tvinger os til at overveje det grundlæggende spørgsmål om, hvad det betyder at være menneske. Fås på Amazon

Klimakriger: Kampen for overlevelse, når verden overophedes

af Gwynne Dyer
1851687181Bølger af klimaflygtninge. Dusinvis af mislykkede stater. All-out krig. Fra en af ​​verdens store geopolitiske analytikere kommer et skræmmende glimt af de strategiske realiteter i den nærmeste fremtid, når klimaforandringer driver verdens magter mod overlevelsespolitikken. Presenterende og uvinklet, Klimakrig vil være en af ​​de vigtigste bøger i de kommende år. Læs det, og find ud af, hvad vi går mod. Fås på Amazon

Fra udgiveren:
Køb på Amazon går til at bekæmpe omkostningerne ved at bringe dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, og ClimateImpactNews.com uden omkostninger og uden annoncører, der sporer dine browservaner. Selv hvis du klikker på et link, men ikke køber disse valgte produkter, betaler alt andet, du køber i det samme besøg på Amazon, en lille provision. Der er ingen ekstra omkostninger for dig, så vær venlig at bidrage til indsatsen. Du kan også bruge dette link at bruge til Amazon når som helst, så du kan hjælpe med at støtte vores indsats.

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

følg InnerSelf på

facebook-ikonTwitter-ikonrss-ikon

Få det nyeste via e-mail

{Emailcloak = off}

SENESTE VIDEOER

Lille plankton drev processer i havet, der fanger dobbelt så meget kulstof som forskere troede
Lille plankton drev processer i havet, der fanger dobbelt så meget kulstof som forskere troede
by Ken Buesseler
Havet spiller en vigtig rolle i den globale kulstofcyklus. Drivkraften kommer fra lille plankton, der producerer ...
Klimaændringer truer drikkevandets kvalitet over de store søer
Klimaændringer truer drikkevandets kvalitet over de store søer
by Gabriel Filippelli og Joseph D. Ortiz
"Drik ikke / kog ikke" er ikke hvad nogen ønsker at høre om deres bys vand fra hanen. Men de kombinerede effekter af ...
At tale om energiforandringer kunne ødelægge klimaændringerne
At tale om energiforandringer kunne ødelægge klimaændringerne
by InnerSelf personale
Alle har energihistorier, hvad enten det drejer sig om en slægtning, der arbejder på en olierigg, en forælder der lærer et barn at vende sig…
Afgrøder kan møde dobbeltbesvær fra insekter og et opvarmende klima
Afgrøder kan møde dobbeltbesvær fra insekter og et opvarmende klima
by Gregg Howe og Nathan Havko
I årtusinder har insekter og planterne, de lever af, været involveret i en co-evolutionær kamp: At spise eller ikke være ...
For at nå nulemissioner skal regeringen rette op på hindringer, der udsætter folk for elbiler
For at nå nulemissioner skal regeringen rette op på hindringer, der udsætter folk for elbiler
by Swapnesh Masrani
Der er sat ambitiøse mål af de britiske og skotske regeringer til at blive kulstoføkonomier med nul-nul i 2050 og 2045 ...
Foråret ankommer tidligere overalt i USA, og det er ikke altid gode nyheder
Foråret ankommer tidligere overalt i USA, og det er ikke altid gode nyheder
by Theresa Crimmins
Overalt i store dele af USA har et opvarmende klima fremrykket ankomsten til foråret. Dette år er ingen undtagelse.
Den sidste istid fortæller os, hvorfor vi er nødt til at pleje en 2 ℃ temperaturændring
Den sidste istid fortæller os, hvorfor vi er nødt til at pleje en 2 ℃ temperaturændring
by Alan N Williams, et al
I den seneste rapport fra Det Mellemstatslige Panel for Klimaændringer (IPCC) hedder det, at uden et væsentligt fald ...
En by i Georgia får halvdelen af ​​dens elektricitet fra præsident Jimmy Carters solfarme
En by i Georgia får halvdelen af ​​dens elektricitet fra præsident Jimmy Carters solfarme
by Johnna Crider
Plains, Georgia, er en lille by, der ligger lige syd for Columbus, Macon og Atlanta og nord for Albany. Det er…

SENESTE ARTIKLER

Orkaner og andre ekstreme vejrkatastrofer beder nogle mennesker om at flytte og fange andre på plads
Orkaner og andre ekstreme vejrkatastrofer beder nogle mennesker om at flytte og fange andre på plads
by Jack DeWaard
Hvis det ser ud til, at ekstreme vejrkatastrofer som orkaner og ildebrande bliver hyppigere, alvorlige og ...
Hvis alle biler var elektriske, ville de britiske kulstofemissioner falde med 12%
Hvis alle biler var elektriske, ville de britiske kulstofemissioner falde med 12%
by George Milev og Amin Al-Habaibeh
COVID-19-lukningen har ført til reduceret forurening og emissioner i Storbritannien og i hele verden, hvilket giver en klar ...
Brasiliens Jair Bolsonaro ødelægger oprindelige lande, med verden distraheret
Brasiliens Jair Bolsonaro ødelægger oprindelige lande, med verden distraheret
by Brian Garvey og Mauricio Torres
Amazonas-brande i 2019 drev det største enkeltårstab af brasiliansk skov i et årti. Men med verden i…
Hvorfor lande ikke tæller emissioner fra varer, de importerer
Hvorfor lande ikke tæller emissioner fra varer, de importerer
by Sarah McLaren
Jeg vil gerne vide, om New Zealands kulstofemission på 0.17% inkluderer emissioner produceret fra produkter fremstillet ...
Grønne redningsoptagelser: At stole på kulstofudregning lader forurenende luftfartsselskaber fra krogen
Grønne redningsoptagelser: At stole på kulstofudregning lader forurenende luftfartsselskaber fra krogen
by Ben Christopher Howard
Coronavirus-pandemien har jordet tusinder af fly, hvilket har bidraget til det største nogensinde årlige fald i CO₂ ...
Længere voksende sæsoner har en begrænset effekt på bekæmpelsen af ​​klimaændringer
Længere voksende sæsoner har en begrænset effekt på bekæmpelsen af ​​klimaændringer
by Alemu Gonsamo
Klimaopvarmning fører til tidlige kilder og forsinkede søjler i koldere miljøer, så planter kan vokse til en ...
Både de konservative og de liberale ønsker en grøn energi-fremtid, men af ​​forskellige grunde
Både de konservative og de liberale ønsker en grøn energi-fremtid, men af ​​forskellige grunde
by Deidra Miniard et al
Politiske splittelser er en voksende armatur i USA i dag, uanset om emnet er ægteskab på tværs af partilinjer,…
Hvordan klimaeffekten af ​​oksekød sammenlignes med plantebaserede alternativer
Hvordan klimaeffekten af ​​oksekød sammenlignes med plantebaserede alternativer
by Alexandra Macmillan og Jono Drew
Jeg spekulerer på klimapåvirkningen af ​​vegansk kød kontra oksekød. Hvordan kan en stærkt forarbejdet patty sammenlignes med ...