Cây trồng có thể đối mặt với rắc rối kép từ côn trùng và khí hậu nóng lên

Cây trồng có thể đối mặt với rắc rối kép từ côn trùng và khí hậu nóng lên Trong cái nóng, cây cà chua không thể chống lại loài giun sừng đói, Manduca sexta. Từ www.shutterstock.com

Trong nhiều thiên niên kỷ, côn trùng và thực vật mà chúng ăn vào đã tham gia vào một trận chiến tiến hóa: ăn hoặc không ăn. Cho đến gần đây, hai bên đối nghịch vẫn duy trì sự bế tắc của các loại. Tuy nhiên, với sự thay đổi khí hậu, nhiệt độ ấm hơn có thể thúc đẩy sự cân bằng có lợi cho côn trùng và gây nguy hiểm cho cây trồng và những người nông dân có xu hướng đối với chúng.

Nhóm nghiên cứu của chúng tôi tại Đại học bang Michigan Viện đàn hồi thực vật xem những gì đã xảy ra trong thời tiết nóng hơn khi sâu bướm sừng tấn công một cây cà chua. Cà chua mất. Chúng tôi đã thấy một sự đánh đổi đáng ngạc nhiên của nhà máy trong đợt nắng nóng: Nó tự bảo vệ mình trước sâu bướm nhưng nỗ lực này đã ngăn nó xử lý các tác động có hại của nhiệt. Điều này khiến nhà máy bị quá nóng, làm mạnh tay của sâu bướm.

Một nghiên cứu của các nhà nghiên cứu vào năm 2018 dự đoán rằng mỗi mức độ nóng lên toàn cầu sẽ tăng mất mùa từ côn trùng từ 10% đến 25% bởi vì quần thể côn trùng và sự thèm ăn của chúng tăng lên ở nhiệt độ ấm áp. Các biến số khác liên quan đến khí hậu, bao gồm hạn hán hoặc lũ lụt kéo dài, có khả năng gộp các tổn thất đó.

Nhưng mặc dù các nhà khoa học đã xác định những thách thức khác nhau đối với sản xuất thực phẩm, họ vẫn không biết nhiều về sự kết hợp giữa nhiệt và côn trùng sẽ ảnh hưởng đến hệ thống phòng thủ tích hợp của nhà máy.

Thực vật liên tục cảm nhận và phản ứng với những thay đổi trong môi trường của chúng, bao gồm cả sự hiện diện của côn trùng ăn thực vật.

Làm thế nào thực vật chống lại côn trùng gây hại

Không giống như động vật, thực vật không thể chạy hoặc trốn khỏi động vật ăn thịt. Thay vào đó, các nhà máy sản xuất một kho hóa chất độc hại để đẩy lùi sự tấn công của côn trùng và những người tiêu dùng thực vật khác.

Sản xuất các hợp chất này rất tốn kém và thường kìm hãm sự phát triển của chúng, vì vậy các nhà máy chỉ triển khai kho vũ khí phòng thủ hóa học này khi bị côn trùng nhai. Quá trình này được kích hoạt bởi hoóc môn vết thương thực vật, jasmonate, kiểm soát chặt chẽ quá trình sinh tổng hợp, phân phối và lưu trữ các hợp chất bảo vệ hóa học đẩy lùi côn trùng.

Trong hơn 20 năm, chúng tôi đã nghiên cứu cách jasmonate bảo vệ cây từ động vật ăn cỏ côn trùng. Chỉ gần đây, chúng ta mới bắt đầu nghĩ về việc nhiệt độ toàn cầu tăng lên ảnh hưởng như thế nào đến cơ chế bảo vệ thực vật phổ biến này.

Nhiệt và sâu bướm đói

Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi cây cà chua thách thức với sâu bướm sừng trong điều kiện nhiệt độ bình thường: 82 độ F ngày (khoảng 28 độ C) và 64 độ F đêm (khoảng 18 độ C). Chúng tôi cũng mô phỏng sóng nhiệt, với nhiệt độ tăng lên 100 F (38 C) vào ban ngày và giảm xuống 82 F (28 C) vào ban đêm trong vài ngày.

Các nhà máy đã phản ứng với nhiệt độ nóng hơn bằng cách tăng cường sản xuất jasmonate và, do đó, làm tăng sản lượng của các hợp chất phòng thủ khác nhau. Mặc dù vậy, côn trùng ăn thực vật không ngừng trong cái nóng.

Trong khi đó, một nghiên cứu song song của nhóm chúng tôi cho thấy nhiệt độ tăng vừa phải tăng tốc độ trao đổi chất của côn trùng để chúng ăn nhanh hơn và gây hại nhiều hơn cho cây. Mặc dù các cây cà chua đã chiến đấu hết mình với phản ứng hóa học của chúng, chúng không thể vô hiệu hóa kích thích ăn uống kích hoạt nhiệt mạnh mẽ của côn trùng.

Các mô hình có thể đánh giá thấp thiệt hại mùa màng do biến đổi khí hậu vì họ không xem xét cách thức thực vật bị nhiễm khuẩn phản ứng với nhiệt độ tăng.

Côn trùng + nhiệt = rắc rối kép

Thực vật sử dụng hai chiến lược để hạ nhiệt khi nhiệt độ quá cao. Chúng sẽ mở lỗ chân lông nhỏ xíu của chúng, được gọi là khí khổng, giải phóng nước làm mát chúng nhiều như mồ hôi làm mát con người. Thực vật cũng chống lại căng thẳng nhiệt bằng cách nhấc lá ra khỏi đất nóng, có lẽ để tìm gió mát.

Chúng tôi bất ngờ phát hiện ra trong công việc của mình rằng cây cà chua bị sâu bướm thách thức ở nhiệt độ ấm hơn đã không làm những điều này, và do đó không thể làm mát lá của chúng.

Trong các thí nghiệm tiếp theo của chúng tôi, chúng tôi đã phát hiện ra rằng khi sâu bướm ăn lá của nó và cây kích hoạt hoocmon jasmonate, điều này đã ngăn chặn việc mở lỗ khí nhỏ và cũng ngăn không cho lá nhấc lên để làm mát. Nhà máy không thể triển khai phản ứng làm mát, đồng thời quá trình quang hợp (làm thức ăn từ ánh sáng mặt trời và carbon dioxide) đã giảm.

Những trường hợp này có hiệu quả làm chậm sự tăng trưởng của nhà máy. Do đó, mặc dù cây cà chua có thể đối phó tốt với các cuộc tấn công của côn trùng hoặc nhiệt độ tăng cao, nhưng nếu hai căng thẳng đó xuất hiện cùng một lúc, điều đó sẽ gây ra rắc rối gấp đôi. Kết quả là sự rụng lá nhanh chóng bởi sâu bướm đói cộng với lá quá nóng.

Nghiên cứu thực vật trong môi trường thực tế

Tại sao côn trùng tấn công giữ cho cây tự làm mát vẫn còn là một bí ẩn. Tuy nhiên, khi thực vật đóng khí khổng trong một cuộc tấn công của côn trùng, chúng bảo tồn nước bằng cách ngăn không cho nó bay hơi khỏi những chiếc lá bị thương. Chúng tôi nghĩ rằng phản ứng này có thể có lợi cho nhà máy khi nguồn nước bị thiếu, điều này thường xảy ra trong các đợt nắng nóng.

Chúng tôi dự định giải quyết câu hỏi này bằng cách nghiên cứu các loại cây được trồng trong môi trường tự nhiên hỗn độn, thay vì trong điều kiện phòng thí nghiệm được kiểm soát chặt chẽ. Chúng tôi tin rằng các nghiên cứu như vậy là cần thiết để phát triển các loại cây trồng có thể chịu được cả sức nóng và căng thẳng vết thương.

Làm cây kiên cường hơn

Nhiều chuyên gia ước tính rằng năng suất nông nghiệp phải tăng gấp đôi trong 30 năm tới để đáp ứng nhu cầu của một dân số tăng nhanh. Quỹ đạo năng suất hiện tại của các loại cây trồng chính, kết hợp với các tác động không chắc chắn của môi trường toàn cầu đang thay đổi, cho thấy thế giới sẽ không đáp ứng được nhu cầu này khi sử dụng các biện pháp nông nghiệp thông thường.

Vương quốc Anh Royal Society và các tổ chức khoa học khác đã kêu gọi Cuộc cách mạng xanh lần thứ hai điều đó sẽ cho phép thâm canh bền vững nông nghiệp thông qua phát triển các loại cây trồng có khả năng phục hồi tốt hơn trước các điều kiện môi trường ngày càng khắc nghiệt.

Những tiến bộ công nghệ gần đây, từ genomics và chỉnh sửa gen đến các phương pháp tính toán và khoa học dữ liệu, cung cấp cho các nhà nghiên cứu những cơ hội chưa từng có để làm việc hướng tới mục tiêu này. Để đạt được sự hiểu biết tốt hơn về các tương tác phức tạp của các cuộc tấn công nhiệt và côn trùng, chúng tôi hy vọng rằng nghiên cứu của chúng tôi có thể cung cấp các chiến lược mới để tăng khả năng phục hồi của thực vật trong một thế giới nóng lên.

Giới thiệu về Tác giả

Gregg Howe, Giáo sư Hóa sinh và Sinh học Phân tử, Michigan State University và Nathan Havko, Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ về nghiên cứu thực vật, Michigan State University

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

Cuộc sống sau carbon: Sự chuyển đổi toàn cầu tiếp theo của các thành phố

by Peter Plastrik, John Cleveland
1610918495Tương lai của các thành phố của chúng ta không giống như trước đây. Mô hình thành phố hiện đại đã nắm giữ trên toàn cầu trong thế kỷ XX đã vượt qua sự hữu ích của nó. Nó không thể giải quyết các vấn đề mà nó đã giúp tạo ra đặc biệt là sự nóng lên toàn cầu. May mắn thay, một mô hình mới cho phát triển đô thị đang nổi lên ở các thành phố để tích cực giải quyết thực tế của biến đổi khí hậu. Nó biến đổi cách các thành phố thiết kế và sử dụng không gian vật lý, tạo ra sự giàu có về kinh tế, tiêu thụ và xử lý tài nguyên, khai thác và duy trì hệ sinh thái tự nhiên và chuẩn bị cho tương lai. Có sẵn trên Amazon

Sự tuyệt chủng thứ sáu: Một lịch sử không tự nhiên

của Elizabeth Kolbert
1250062187Trong nửa tỷ năm qua, đã có Năm sự tuyệt chủng hàng loạt, khi sự đa dạng của sự sống trên trái đất đột ngột và ký hợp đồng đột ngột. Các nhà khoa học trên thế giới hiện đang theo dõi sự tuyệt chủng thứ sáu, được dự đoán là sự kiện tuyệt chủng tàn khốc nhất kể từ khi tác động của tiểu hành tinh quét sạch khủng long. Lần này, thảm họa là chúng ta. Trong văn xuôi đó là ngay lập tức, giải trí, và thông tin sâu sắc, New Yorker nhà văn Elizabeth Kolbert cho chúng ta biết lý do tại sao và làm thế nào con người đã thay đổi cuộc sống trên hành tinh theo cách mà không có loài nào có trước đây. Nghiên cứu đan xen trong nửa tá môn học, mô tả về các loài hấp dẫn đã bị mất và lịch sử tuyệt chủng như một khái niệm, Kolbert cung cấp một tài khoản cảm động và toàn diện về những vụ mất tích xảy ra trước mắt chúng ta. Bà cho thấy sự tuyệt chủng thứ sáu có khả năng là di sản lâu dài nhất của loài người, buộc chúng ta phải suy nghĩ lại về câu hỏi cơ bản về ý nghĩa của con người. Có sẵn trên Amazon

Cuộc chiến khí hậu: Cuộc chiến sinh tồn khi thế giới quá nóng

bởi Gwynne Dyer
1851687181Sóng của người tị nạn khí hậu. Hàng chục quốc gia thất bại. Chiến tranh toàn diện. Từ một trong những nhà phân tích địa chính trị vĩ đại của thế giới đến một cái nhìn kinh hoàng về thực tế chiến lược của tương lai gần, khi biến đổi khí hậu thúc đẩy các cường quốc của thế giới hướng tới chính trị sinh tồn. Tiên tri và vô cảm, Chiến tranh khí hậu sẽ là một trong những cuốn sách quan trọng nhất trong những năm tới. Đọc nó và tìm hiểu những gì chúng ta đang hướng tới. Có sẵn trên Amazon

Từ Nhà xuất bản:
Mua hàng trên Amazon để giảm chi phí mang lại cho bạn InsideSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ClimateImpactNews.com miễn phí và không có nhà quảng cáo theo dõi thói quen duyệt web của bạn. Ngay cả khi bạn nhấp vào một liên kết nhưng không mua các sản phẩm được chọn này, bất kỳ thứ gì khác bạn mua trong cùng một lượt truy cập trên Amazon đều trả cho chúng tôi một khoản hoa hồng nhỏ. Không có chi phí bổ sung cho bạn, vì vậy hãy đóng góp cho nỗ lực. Bạn cũng có thể sử dụng liên kết này sử dụng cho Amazon bất cứ lúc nào để bạn có thể giúp hỗ trợ những nỗ lực của chúng tôi.

 

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

theo dõi Nội bộ trên

facebook-iconbiểu tượng twitterbiểu tượng rss

 Nhận tin mới nhất qua email

{Emailcloak = off}

NHỮNG VIDEO MỚI NHẤT

Năm sự hoài nghi về khí hậu: Khóa học về sự cố trong thông tin sai lệch về khí hậu
Năm sự hoài nghi về khí hậu: Khóa học về sự cố trong thông tin sai lệch về khí hậu
by John Cook
Video này là một khóa học về thông tin sai lệch về khí hậu, tóm tắt các lập luận chính được sử dụng để gây nghi ngờ về thực tế…
Bắc Cực đã không ấm thế này trong 3 triệu năm và điều đó có nghĩa là những thay đổi lớn đối với hành tinh
Bắc Cực đã không ấm thế này trong 3 triệu năm và điều đó có nghĩa là những thay đổi lớn đối với hành tinh
by Julie Brigham-Grette và Steve Petsch
Hàng năm, lượng băng biển bao phủ ở Bắc Băng Dương giảm xuống mức thấp vào giữa tháng 1.44. Năm nay, nó chỉ đo được XNUMX…
Bão Bão là gì và tại sao nó lại nguy hiểm như vậy?
Bão Bão là gì và tại sao nó lại nguy hiểm như vậy?
by Anthony C. Didlake Jr
Khi Bão Sally tiến vào Bờ Vịnh phía Bắc vào Thứ Ba, ngày 15 tháng 2020 năm XNUMX, các nhà dự báo đã cảnh báo về một…
Sự ấm lên của đại dương đe dọa các rạn san hô và sớm có thể khiến việc khôi phục chúng trở nên khó khăn hơn
Sự ấm lên của đại dương đe dọa các rạn san hô và sớm có thể khiến việc khôi phục chúng trở nên khó khăn hơn
by Shawna Foo
Bất cứ ai đang chăm sóc một khu vườn ngay bây giờ đều biết nhiệt độ cực cao có thể ảnh hưởng đến cây trồng. Nhiệt cũng là một mối quan tâm đối với…
Vết đen Mặt trời ảnh hưởng đến thời tiết của chúng ta nhưng không ảnh hưởng nhiều như những thứ khác
Vết đen Mặt trời ảnh hưởng đến thời tiết của chúng ta nhưng không ảnh hưởng nhiều như những thứ khác
by Robert McLachlan
Có phải chúng ta đang hướng tới một thời kỳ có hoạt động Mặt trời thấp hơn, tức là các vết đen? Nó sẽ kéo dài trong bao lâu? Điều gì xảy ra với thế giới của chúng ta…
Các thủ thuật bẩn thỉu mà các nhà khoa học khí hậu phải đối mặt trong ba thập kỷ kể từ khi có báo cáo IPCC đầu tiên
Các thủ thuật bẩn thỉu mà các nhà khoa học khí hậu phải đối mặt trong ba thập kỷ kể từ khi có báo cáo IPCC đầu tiên
by Marc Hudson
Ba mươi năm trước, tại một thành phố nhỏ của Thụy Điển tên là Sundsvall, Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC)…
Khí thải metan đạt mức phá vỡ kỷ lục
Khí thải metan đạt mức phá vỡ kỷ lục
by Josie Garthwaite
Phát thải khí mêtan trên toàn cầu đã đạt mức cao nhất trong hồ sơ, nghiên cứu cho thấy.
tảo bẹ 7 12
Làm thế nào các khu rừng của đại dương thế giới góp phần làm giảm bớt khủng hoảng khí hậu
by Emma Bryce
Các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm tảo bẹ để giúp lưu trữ carbon dioxide ở xa dưới bề mặt biển.

BÀI VIẾT MỚI NHẤT

Đức Chúa Trời đã định nó như một hành tinh dùng một lần: Gặp gỡ chúng tôi Mục sư rao giảng Sự từ chối biến đổi khí hậu
Đức Chúa Trời đã định nó như một hành tinh dùng một lần: Gặp gỡ chúng tôi Mục sư rao giảng Sự từ chối biến đổi khí hậu
by Paul Braterman
Thường xuyên bạn bắt gặp một tác phẩm viết đặc biệt đến nỗi bạn không thể không chia sẻ nó. Một trong những phần như vậy là…
Hạn hán và nắng nóng cùng nhau đe dọa miền Tây nước Mỹ
Hạn hán và nắng nóng cùng nhau đe dọa miền Tây nước Mỹ
by Tim Radford
Biến đổi khí hậu thực sự là một vấn đề nhức nhối. Hạn hán và nắng nóng đồng thời ngày càng có nhiều khả năng…
Trung Quốc vừa khiến thế giới sửng sốt với động thái hành động vì khí hậu
Trung Quốc vừa khiến thế giới sửng sốt với động thái hành động vì khí hậu
by Hào Tân
Chủ tịch Trung Quốc Tập Cận Bình gần đây đã gây ngạc nhiên cho cộng đồng toàn cầu khi cam kết đất nước của ông không phát thải ròng bằng…
Biến đổi khí hậu, di cư và dịch bệnh chết người ở cừu thay đổi hiểu biết của chúng ta về đại dịch như thế nào?
Biến đổi khí hậu, di cư và dịch bệnh chết người ở cừu thay đổi hiểu biết của chúng ta về đại dịch như thế nào?
by super User
Một khuôn khổ mới cho sự tiến hóa mầm bệnh cho thấy một thế giới dễ bị bùng phát dịch bệnh hơn nhiều so với trước đây…
Nhiệt độ khí hậu làm tan chảy tuyết ở Bắc cực và rừng khô
Điều gì nói trước đối với Phong trào Khí hậu Thanh niên
by David Tindall
Sinh viên trên khắp thế giới đã trở lại đường phố vào cuối tháng XNUMX cho ngày toàn cầu hành động vì khí hậu lần đầu tiên…
Các vụ cháy rừng nhiệt đới Amazon trong lịch sử Đe dọa Khí hậu và Tăng nguy cơ Bệnh mới
Các vụ cháy rừng nhiệt đới Amazon trong lịch sử Đe dọa Khí hậu và Tăng nguy cơ Bệnh mới
by Kerry William Bowman
Các đám cháy ở vùng Amazon vào năm 2019 có sức tàn phá chưa từng có. Hàng ngàn ngọn lửa đã thiêu rụi hơn…
Nhiệt độ khí hậu làm tan chảy tuyết ở Bắc Cực và làm khô rừng
Nhiệt độ khí hậu làm tan chảy tuyết ở Bắc cực và rừng khô
by Tim Radford
Hỏa hoạn giờ bùng cháy dưới tuyết Bắc Cực, nơi từng có những khu rừng nhiệt đới ẩm ướt nhất bị đốt cháy. Biến đổi khí hậu khó có thể mang lại…
Sóng nhiệt biển ngày càng phổ biến và dữ dội hơn
Sóng nhiệt biển ngày càng phổ biến và dữ dội hơn
by Jen Monnier, Enisa
Cải thiện "dự báo thời tiết" cho các đại dương mang lại hy vọng giảm sự tàn phá đối với nghề cá và hệ sinh thái trên toàn thế giới