Gewassen kunnen worden geconfronteerd met dubbele problemen door insecten en een warm klimaat

Gewassen kunnen worden geconfronteerd met dubbele problemen door insecten en een warm klimaat In de hitte kunnen tomatenplanten de hongerige tabakshoornworm, Manduca sexta, niet bestrijden. Van www.shutterstock.com

Al duizenden jaren zijn insecten en de planten waarmee ze zich voeden bezig met een co-evolutionaire strijd: eten of niet gegeten worden. Tot voor kort hielden de twee antagonistische kanten een soort patstelling in stand. Door de klimaatverandering zouden warmere temperaturen echter de balans kunnen doorbreken ten gunste van de insecten en gevaar kunnen opleveren voor gewassen en de boeren die ze verzorgen.

Ons onderzoeksteam van de Michigan State University Plant Resilience Institute gekeken naar wat er gebeurde bij warmer weer wanneer hoornwormrupsen vielen een tomatenplant aan. De tomaat is verloren. We zagen een verrassende afweging door de plant tijdens de hittegolf: het verdedigde zichzelf tegen de rupsen, maar deze inspanning verhinderde dat het de schadelijke effecten van warmte kon aanpakken. Hierdoor raakte de plant oververhit, wat de hand van de rupsen sterk maakte.

Een onderzoek door onderzoekers in 2018 voorspelde dat elke graad van opwarming van de aarde dat zal doen het gewasverlies door insecten met 10% tot 25% verhogen omdat insectenpopulaties en hun eetlust toenemen bij warme temperaturen. Andere klimaatgerelateerde variabelen, waaronder langdurige droogte of overstromingen, zullen deze verliezen waarschijnlijk vergroten.

Maar hoewel wetenschappers deze uiteenlopende uitdagingen voor de voedselproductie hebben geïdentificeerd, weten ze nog steeds niet veel over hoe de combinatie van warmte en insecten de ingebouwde verdedigingssystemen van de planten zal beïnvloeden.

Planten voelen en reageren constant op veranderingen in hun omgeving, inclusief de aanwezigheid van plantenetende insecten.

Hoe planten insectenplagen bestrijden

In tegenstelling tot dieren kunnen planten niet rennen of zich verbergen voor roofdieren. In plaats daarvan produceren planten een arsenaal aan giftige chemicaliën die de aanval van insecten en andere plantenconsumenten afweren.

Het produceren van deze verbindingen is kostbaar en belemmert vaak hun groei, dus planten gebruiken dit chemische verdedigingsarsenaal alleen wanneer ze worden beschadigd door een kauwend insect. Dit proces wordt veroorzaakt door het plantenwondhormoon, jasmonaat, dat de biosynthese, distributie en opslag van chemische afweermiddelen die insecten afweren, strak regelt.

Al meer dan 20 jaar hebben we onderzocht hoe jasmonaat beschermt planten van herbivoren van insecten. Pas onlangs zijn we begonnen na te denken over hoe de stijgende temperaturen op aarde dit gemeenschappelijke plantverdedigingsmechanisme beïnvloeden.

Hitte en de hongerige rups

In onze studie hebben we uitgedaagde tomatenplanten met hoornworm rupsen onder normale temperatuuromstandigheden: 82 graden F dagen (ongeveer 28 graden C) en 64 graden F nachten (ongeveer 18 graden C). We hebben ook hittegolven gesimuleerd, met temperaturen die overdag opliepen tot 100 F (38 C) en enkele dagen dalen tot 82 F (28 C) 's nachts.

De planten reageerden op de hogere temperaturen door de productie van jasmonaat te intensiveren en als gevolg daarvan de productie van verschillende afweerstoffen te verhogen. Toch aten insecten de planten meedogenloos in de hitte.

Ondertussen ontdekte een parallel onderzoek door ons team dat matige temperatuurstijgingen versnelde het metabolisme van de insecten zodat ze sneller aten en meer schade toebrachten aan de planten. Hoewel tomatenplanten hard vochten met hun chemische reactie, konden ze de krachtige, door hitte veroorzaakte eetstimulatie van de insecten niet neutraliseren.

Modellen kunnen gewasverliezen als gevolg van klimaatverandering onderschatten omdat ze niet overwegen hoe aangetaste planten reageren op stijgende temperaturen.

Insecten + warmte = dubbel probleem

Planten gebruiken twee strategieën om af te koelen wanneer de temperatuur te hoog wordt. Ze zullen hun kleine bladporiën openen, huidmondjes genoemd, en geven water af dat ze verkoelt, net zoals zweten mensen afkoelt. Planten bestrijden ook hittestress door hun bladeren weg te tillen van de hete grond, misschien op zoek naar een koel briesje.

We ontdekten onverwachts in ons werk dat tomatenplanten die door rupsen werden uitgedaagd bij de warmere temperatuur deze dingen niet deden en daardoor hun bladeren niet konden koelen.

In onze vervolgexperimenten ontdekten we dat wanneer rupsen de bladeren aten en de plant het hormoon jasmonaat activeerde, dit de opening van de kleine huidmondjes blokkeerde en ook verhinderde dat de bladeren omhoog kwamen om af te koelen. De plant kon zijn koelreactie niet inzetten en tegelijkertijd werd de fotosynthese (het maken van voedsel uit zonlicht en kooldioxide) verminderd.

Deze omstandigheden vertragen de groei van de plant effectief. Dus hoewel tomatenplanten goed kunnen omgaan met insectenaanvallen of verhoogde temperatuur, betekent dat als die twee spanningen tegelijkertijd komen, dat dubbele problemen. Het resultaat is een snelle ontbladering door hongerige rupsen plus oververhitting van het blad.

Planten bestuderen in echte omgevingen

Waarom een ​​insectenaanval ervoor zorgt dat de planten zichzelf niet afkoelen, blijft een raadsel. Wanneer planten hun huidmondjes echter sluiten tijdens een insectenaanval, besparen ze water door te voorkomen dat het verdampt door gewonde bladeren. We denken dat deze reactie de plant ten goede kan komen als er weinig water is, wat vaak het geval is tijdens hittegolven.

We zijn van plan deze vraag aan te pakken door planten te bestuderen die zijn gekweekt in de ruige en natuurlijke omgeving, in plaats van onder sterk gecontroleerde laboratoriumomstandigheden. Wij zijn van mening dat dergelijke studies nodig zijn om gewassen te ontwikkelen die zowel hitte als wondspanning kunnen weerstaan.

Veerkrachtiger planten maken

Veel deskundigen schatten dat de landbouwproductiviteit de komende 30 jaar moet verdubbelen om aan de eisen van een landbouwsector te voldoen snel groeiende bevolking. Huidige opbrengsttrajecten voor grote gewassen, gecombineerd met de onzekere effecten van een veranderende mondiale omgeving, suggereren dat de wereld met conventionele landbouwpraktijken ver onder deze vraag zal blijven.

Het Verenigd Koninkrijk Royal Society en andere wetenschappelijke organisaties hebben opgeroepen tot een Tweede groene revolutie dat zal de duurzame intensivering van de landbouw mogelijk maken door de ontwikkeling van gewassen die veerkrachtiger zijn in het licht van steeds strengere omgevingsomstandigheden.

Recente technologische ontwikkelingen, van genomica en genbewerking tot computationele en data science-benaderingen, bieden onderzoekers ongekende mogelijkheden om dit doel te bereiken. Om een ​​beter begrip te krijgen van de complexe interacties van hitte en insectenaanvallen, hopen we dat ons onderzoek nieuwe strategieën kan informeren om de veerkracht van planten in een opwarmende wereld te vergroten.

Over de auteur

Gregg Howe, hoogleraar biochemie en moleculaire biologie, Michigan State University en Nathan Havko, postdoctoraal onderzoeker plantenonderzoek, Michigan State University

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Verwante Boeken

Life After Carbon: The Next Global Transformation of Cities

by Peter Plastrik, John Cleveland
1610918495De toekomst van onze steden is niet meer wat het was. Het moderne stadsmodel dat wereldwijd in de twintigste eeuw greep, heeft zijn nut overleefd. Het kan de problemen niet oplossen die het heeft helpen creëren, vooral de opwarming van de aarde. Gelukkig is er een nieuw model voor stadsontwikkeling in steden dat agressief de realiteit van de klimaatverandering aanpakt. Het transformeert de manier waarop steden fysieke ruimte ontwerpen en gebruiken, economische welvaart genereren, hulpbronnen verbruiken en verwijderen, de natuurlijke ecosystemen exploiteren en onderhouden en zich voorbereiden op de toekomst. Beschikbaar op Amazon

The Sixth Extinction: An Unnatural History

door Elizabeth Kolbert
1250062187In de afgelopen half miljard jaar zijn er vijf massa-uitstervingen geweest, toen de diversiteit van het leven op aarde plotseling en dramatisch afnam. Wetenschappers over de hele wereld controleren momenteel het zesde uitsterven, waarvan wordt voorspeld dat het de meest verwoestende uitsterving is sinds de asteroïde-impact die de dinosauriërs heeft uitgeroeid. Deze keer is de cataclysm ons. In proza ​​dat tegelijkertijd eerlijk, vermakelijk en diep geïnformeerd is, New Yorker schrijver Elizabeth Kolbert vertelt ons waarom en hoe mensen het leven op de planeet hebben veranderd op een manier die geen soort eerder heeft. Door verweven onderzoek in een half dozijn disciplines, beschrijvingen van de fascinerende soorten die al verloren zijn gegaan, en de geschiedenis van uitroeiing als concept, biedt Kolbert een ontroerend en uitgebreid verslag van de verdwijningen die zich voor onze ogen voordoen. Ze laat zien dat de zesde uitsterving waarschijnlijk de meest duurzame erfenis van de mensheid zal zijn, en dwingt ons de fundamentele vraag te heroverwegen wat het betekent om mens te zijn. Beschikbaar op Amazon

Climate Wars: The Fight for Survival as the World Overheats

door Gwynne Dyer
1851687181Golven van klimaatvluchtelingen. Tientallen mislukte staten. All-out oorlog. Van een van 's werelds grote geopolitieke analisten komt een angstaanjagende kijk op de strategische realiteit van de nabije toekomst, wanneer de klimaatverandering de wereldmacht in de richting van de moordende overlevingspolitiek drijft. Voorafgaand en onwrikbaar, Klimaatoorlogen zal een van de belangrijkste boeken van de komende jaren zijn. Lees het en ontdek waar we naar op zoek zijn. Beschikbaar op Amazon

Van de uitgever:
Aankopen op Amazon gaan om de kosten van het brengen van je te bekostigen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, en ClimateImpactNews.com zonder kosten en zonder adverteerders die je surfgedrag volgen. Zelfs als u op een link klikt maar deze geselecteerde producten niet koopt, betaalt alles wat u bij hetzelfde bezoek op Amazon koopt, een kleine commissie. Er zijn geen extra kosten voor u, dus draag alstublieft bij aan de moeite. Je kan ook gebruik dan deze link te gebruiken op elk gewenst moment voor Amazon, zodat u ons kunt helpen onze inspanningen te ondersteunen.

 

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

volg InnerSelf op

facebook-icontwitter-iconrss-icoon

 Ontvang de nieuwste via e-mail

{Emailcloak = off}

NIEUWSTE VIDEO'S

Vijf klimaatongevallen: een spoedcursus in verkeerde klimaatinformatie
The Five Climate Disbeliefs: een spoedcursus in verkeerde klimaatinformatie
by John Cook
Deze video is een spoedcursus over verkeerde informatie over het klimaat, waarin de belangrijkste argumenten worden samengevat die worden gebruikt om de realiteit in twijfel te trekken ...
Het noordpoolgebied is al 3 miljoen jaar niet zo warm geweest en dat betekent grote veranderingen voor de planeet
Het noordpoolgebied is al 3 miljoen jaar niet zo warm geweest en dat betekent grote veranderingen voor de planeet
by Julie Brigham-Grette en Steve Petsch
Elk jaar krimpt de zee-ijsbedekking in de Noordelijke IJszee tot half september tot een dieptepunt. Dit jaar meet het slechts 1.44 ...
Wat is een orkaanstorm en waarom is het zo gevaarlijk?
Wat is een orkaanstorm en waarom is het zo gevaarlijk?
by Anthony C. Didlake Jr
Toen orkaan Sally op dinsdag 15 september 2020 naar de noordelijke Golfkust vertrok, waarschuwden voorspellers voor een ...
Opwarming van de oceaan bedreigt koraalriffen en zou het al snel moeilijker kunnen maken om ze te herstellen
Opwarming van de oceaan bedreigt koraalriffen en zou het al snel moeilijker kunnen maken om ze te herstellen
by Shawna Foo
Iedereen die op dit moment een tuin verzorgt, weet wat extreme hitte met planten kan doen. Warmte is ook een zorg voor een ...
Zonnevlekken hebben invloed op ons weer, maar niet zozeer als andere dingen
Zonnevlekken hebben invloed op ons weer, maar niet zozeer als andere dingen
by Robert McLachlan
Gaan we een periode tegemoet met een lagere zonneactiviteit, dwz zonnevlekken? Hoe lang blijft dat zo? Wat gebeurt er met onze wereld ...
Vuile trucs waarmee klimaatwetenschappers te maken hebben gehad in drie decennia sinds het eerste IPCC-rapport
Vuile trucs waarmee klimaatwetenschappers te maken hebben gehad in drie decennia sinds het eerste IPCC-rapport
by Marc Hudson
Dertig jaar geleden, in een kleine Zweedse stad genaamd Sundsvall, het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ...
Methaanemissies hebben recordniveaus bereikt
Methaanemissies hebben recordniveaus bereikt
by Josie Garthwaite
Onderzoek toont aan dat de wereldwijde uitstoot van methaan het hoogste niveau ooit heeft bereikt.
kelp bos 7 12
Hoe de bossen van de oceanen van de wereld bijdragen aan het verlichten van de klimaatcrisis
by Emma Bryce
Onderzoekers zoeken naar hulp bij het opslaan van kooldioxide tot ver onder het zeeoppervlak.

LAATSTE ARTIKELEN

God bedoelde het als een wegwerpplaneet: ontmoet de Amerikaanse predikant die de ontkenning van klimaatverandering predikt
God bedoelde het als een wegwerpplaneet: ontmoet de Amerikaanse predikant die de ontkenning van klimaatverandering predikt
by Paul Braterman
Af en toe kom je een stuk geschrift tegen dat zo buitengewoon is dat je het niet anders kunt dan delen. Een van die stukken is ...
Droogte en hitte bedreigen samen het Amerikaanse Westen
Droogte en hitte bedreigen samen het Amerikaanse Westen
by Tim Radford
Klimaatverandering is echt een brandend probleem. Gelijktijdige droogte en hitte worden steeds waarschijnlijker voor meer van de ...
China heeft de wereld zojuist verbluft met zijn intensivering van klimaatactie
China heeft de wereld zojuist verbluft met zijn intensivering van klimaatactie
by Hao Tan
De Chinese president Xi Jinping verraste onlangs de wereldwijde gemeenschap door zijn land te verplichten tot netto nulemissies door ...
Hoe veranderen klimaatverandering, migratie en een dodelijke ziekte bij schapen ons begrip van pandemieën?
Hoe veranderen klimaatverandering, migratie en een dodelijke ziekte bij schapen ons begrip van pandemieën?
by Super User
Een nieuw raamwerk voor de evolutie van ziekteverwekkers legt een wereld bloot die veel kwetsbaarder is voor het uitbreken van ziekten dan we voorheen ...
Klimaathitte smelt arctische sneeuw en droogt bossen
Wat ligt er voor de jeugdklimaatbeweging
by David Tindall
Studenten over de hele wereld keerden eind september de straat op voor een wereldwijde dag van klimaatactie voor de eerste ...
Historische branden in het Amazone-regenwoud bedreigen het klimaat en verhogen het risico op nieuwe ziekten
Historische branden in het Amazone-regenwoud bedreigen het klimaat en verhogen het risico op nieuwe ziekten
by Kerry William Bowman
De branden in het Amazonegebied in 2019 waren ongekend in hun vernietiging. Duizenden branden hadden meer dan ...
Klimaathitte smelt arctische sneeuw en droogt bossen
Klimaathitte smelt arctische sneeuw en droogt bossen
by Tim Radford
Vuren lazen nu onder arctische sneeuw, waar ooit zelfs de natste regenwouden in brand stonden. Klimaatverandering levert onwaarschijnlijk ...
Hittegolven op zee worden steeds gebruikelijker en intenser
Hittegolven op zee worden steeds gebruikelijker en intenser
by Jen Monnier, Enisa
Verbeterde "weersvoorspellingen" voor oceanen bieden hoop om de verwoesting van visserijen en ecosystemen over de hele wereld te verminderen