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 te 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

Kleine Plankton Drive-processen in de oceaan die tweemaal zoveel koolstof vastleggen als wetenschappers dachten
Kleine Plankton Drive-processen in de oceaan die tweemaal zoveel koolstof vastleggen als wetenschappers dachten
by Ken Buesseler
De oceaan speelt een grote rol in de wereldwijde koolstofcyclus. De drijvende kracht komt van klein plankton dat…
Klimaatverandering bedreigt de drinkwaterkwaliteit over de grote meren
Klimaatverandering bedreigt de drinkwaterkwaliteit over de grote meren
by Gabriel Filippelli en Joseph D. Ortiz
'Niet drinken / niet koken' is niet wat iemand wil horen over het kraanwater van hun stad. Maar de gecombineerde effecten van ...
Praten over energieverandering kan de impasse in het klimaat doorbreken
Praten over energieverandering kan de klimaatimpuls doorbreken
by InnerSelf Staff
Iedereen heeft energieverhalen, of het nu gaat om een ​​familielid dat aan een booreiland werkt, een ouder die een kind leert draaien ...
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
by Gregg Howe en Nathan Havko
Al duizenden jaren zijn insecten en de planten waarmee ze zich voeden bezig met een co-evolutionaire strijd: eten of niet zijn ...
Om nulemissies te bereiken, moet de overheid hindernissen aanpakken die mensen van elektrische auto's afzetten
Om nulemissies te bereiken, moet de overheid hindernissen aanpakken die mensen van elektrische auto's afzetten
by Swapnesh Masrani
De Britse en Schotse regering hebben ambitieuze doelen gesteld om in 2050 en 2045 koolstofarm te worden met een netto-uitstoot van nul ...
De lente komt eerder in de VS aan, en dat is niet altijd goed nieuws
De lente komt eerder in de VS aan, en dat is niet altijd goed nieuws
by Theresa Crimmins
In een groot deel van de Verenigde Staten heeft een opwarmend klimaat de komst van de lente versneld. Dit jaar is geen uitzondering.
De laatste ijstijd vertelt ons waarom we ons zorgen moeten maken over een verandering in temperatuur van 2 ℃
De laatste ijstijd vertelt ons waarom we ons zorgen moeten maken over een verandering in temperatuur van 2 ℃
by Alan N Williams, et al
Het laatste rapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) stelt dat zonder een substantiële afname ...
Een Georgia Town haalt de helft van zijn elektriciteit uit Solar Farm van president Jimmy Carter
Een Georgia Town haalt de helft van zijn elektriciteit uit Solar Farm van president Jimmy Carter
by Johnna Crider
Plains, Georgia, is een kleine stad net ten zuiden van Columbus, Macon en Atlanta en ten noorden van Albany. Het is de…

LAATSTE ARTIKELEN

Orkanen en andere rampen met extreem weer vragen sommige mensen te verhuizen en vallen anderen op hun plaats
Orkanen en andere rampen met extreem weer vragen sommige mensen te verhuizen en vallen anderen op hun plaats
by Jack DeWaard
Als het lijkt alsof extreme weersrampen zoals orkanen en bosbranden steeds vaker, ernstiger en ...
Als alle auto's elektrisch zouden zijn, zou de koolstofuitstoot in het VK met 12% dalen
Als alle auto's elektrisch zouden zijn, zou de koolstofuitstoot in het VK met 12% dalen
by George Milev en Amin Al-Habaibeh
De COVID-19-vergrendeling heeft geleid tot minder vervuiling en emissies in het VK en de rest van de wereld, wat een duidelijk ...
De Braziliaanse Jair Bolsonaro is verwoestende inheemse landen, met de wereld afgeleid
De Braziliaanse Jair Bolsonaro is verwoestende inheemse landen, met de wereld afgeleid
by Brian Garvey en Mauricio Torres
De Amazone-branden van 2019 veroorzaakten het grootste verlies van één jaar aan Braziliaans bos in tien jaar. Maar met de wereld in de ...
Waarom landen de emissies niet berekenen van goederen die ze importeren
Waarom landen de emissies niet berekenen van goederen die ze importeren
by Sarah McLaren
Ik zou graag willen weten of de koolstofemissies van Nieuw-Zeeland van 0.17% de emissies omvatten die zijn geproduceerd door vervaardigde producten
Groene reddingsoperaties: vertrouwen op COXNUMX-compensatie zal vervuilende luchtvaartmaatschappijen van de haak slaan
Groene reddingsoperaties: vertrouwen op COXNUMX-compensatie zal vervuilende luchtvaartmaatschappijen van de haak slaan
by Ben Christopher Howard
De pandemie van het coronavirus heeft duizenden vliegtuigen aan de grond gehouden, wat heeft bijgedragen aan de grootste jaarlijkse daling van CO₂ ooit ...
Langere groeiseizoenen hebben een beperkt effect op de bestrijding van klimaatverandering
Langere groeiseizoenen hebben een beperkt effect op de bestrijding van klimaatverandering
by Alemu Gonsamo
Klimaatopwarming leidt tot vroege lente en vertraagde herfst in koudere omgevingen, waardoor planten kunnen groeien voor een ...
Zowel conservatieven als liberalen willen een toekomst voor groene energie, maar om verschillende redenen
Zowel conservatieven als liberalen willen een toekomst voor groene energie, maar om verschillende redenen
by Deidra Miniard et al
Politieke verdeeldheid is tegenwoordig een groeiend element in de Verenigde Staten, of het nu gaat om huwelijk over partijgrenzen heen, ...
Hoe de klimaatimpact van rundvlees zich verhoudt tot plantaardige alternatieven
Hoe de klimaatimpact van rundvlees zich verhoudt tot plantaardige alternatieven
by Alexandra Macmillan en Jono Drew
Ik vraag me af over de klimaatimpact van veganistisch vlees versus rundvlees. Hoe verhoudt een sterk verwerkt pasteitje zich tot ...