작물은 곤충과 온난화 기후로 인한 이중 문제에 직면 할 수 있음

작물은 곤충과 온난화 기후로 인한 이중 문제에 직면 할 수 있음 더위 속에서 토마토 식물은 배고픈 담배 hornworm 인 Manduca sexta와 싸울 수 없습니다. www.shutterstock.com에서

수천 년 동안 곤충과 그들이 먹는 식물은 먹거나 먹지 않기위한 진화론 적 전투에 종사해 왔습니다. 최근까지 두 길항 적 측면은 교착 상태를 유지해 왔습니다. 그러나 기후 변화로 따뜻한 기온은 곤충에게 유리한 균형을 맞추고 농작물과 그 경향이있는 농민에게 위험을 줄 수 있습니다.

Michigan State University의 연구팀 식물 탄력성 연구소 더운 날씨에 무슨 일이 일어 났는지 볼 때 hornworm 유충은 토마토 식물을 공격. 토마토가 없어졌습니다. 우리는 열파가 발생하는 동안 식물의 놀라운 절충을 보았습니다. 그것은 애벌레로부터 스스로를 방어했지만이 노력으로 열의 유해한 영향을 다루지 못했습니다. 이로 인해 식물이 과열되어 애벌레의 손이 강화되었습니다.

2018 년 연구원들의 연구에 따르면 지구 온난화의 각 정도는 곤충의 작물 손실을 10 %에서 25 % 증가 곤충 개체군과 식욕이 따뜻한 온도에서 급증하기 때문입니다. 장기간의 가뭄이나 홍수를 포함한 다른 기후 관련 변수는 이러한 손실을 복합화 할 수 있습니다.

그러나 과학자들은 식량 생산에 대한 이러한 다양한 과제를 확인했지만 열과 곤충의 조합이 식물의 내장 방어 시스템에 어떤 영향을 미치는지에 대해서는 아직 잘 모릅니다.

식물은 식물을 먹는 곤충의 존재를 포함하여 환경의 변화를 지속적으로 감지하고 반응합니다.

식물이 해충 퇴치 방법

동물과 달리 식물은 포식자로부터 도망 치거나 숨을 수 없습니다. 대신, 식물은 곤충과 다른 식물 소비자의 공격을 막는 독성 화학 물질을 생산합니다.

이 화합물을 생산하는 것은 비용이 많이 들고 종종 성장을 방해하기 때문에 식물은 씹는 곤충에 의해 손상된 경우에만이 화학 방어 무기를 배치합니다. 이 과정은 곤충을 퇴치하는 화학 방어 화합물의 생합성, 분포 및 저장을 엄격하게 통제하는 식물 상처 호르몬 인 jasmonate에 의해 유발됩니다.

우리는 20 년 이상 jasmonate를 연구했습니다. 식물을 보호 곤충 초식 동물로부터. 최근에야 지구 온난화가이 일반적인 식물 방어 메커니즘에 어떤 영향을 미치는지 생각하기 시작했습니다.

열과 배고픈 애벌레

우리의 연구에서 우리는 도전 토마토 식물 정상적인 온도 조건에서 뿔벌레 유충 사용 : 82 ° F (약 28 ° C) 및 64 ° F 밤 (약 18 ° C). 또한 낮에는 온도가 100F (38C)로 올라가고 밤에는 며칠 동안 82F (28C)로 내려가는 열파를 시뮬레이션했습니다.

식물은 자 스모 네이트 생산을 강화하고 결과적으로 다양한 방어 화합물의 생산량을 증가시킴으로써 더 높은 온도에 반응했습니다. 그럼에도 불구하고 곤충들은 열 속에서 끊임없이 식물을 먹었습니다.

한편, 우리 팀의 병행 연구에 따르면 온도가 약간 상승하는 것으로 나타났습니다 곤충의 신진 대사를 가속화 그들은 더 빨리 먹었고 식물에 더 많은 피해를 입혔습니다. 토마토 식물은 화학 반응으로 열심히 싸웠지 만 곤충의 강력한 열 자극식이 자극을 중화시킬 수 없었습니다.

모델은 감염된 식물이 온도 상승에 어떻게 반응하는지 고려하지 않기 때문에 기후 변화로 인한 작물 손실을 과소 평가할 수 있습니다.

곤충 + 열 = 이중 문제

식물은 온도가 너무 높아지면 식히기 위해 두 가지 전략을 사용합니다. 그들은 작은 잎 모공을 열어 스토 마타 (stomata)라고 부르며 땀을 흘리면 사람을 식히는 것처럼 물을 방출합니다. 또한 식물은 시원한 바람을 찾아 뜨거운 토양에서 잎을 들어 올려 열 스트레스와 싸 웁니다.

우리는 예상보다 따뜻한 온도에서 애벌레가 도전 한 토마토 식물이 이런 일을하지 않아 잎을 식 히지 못한다는 것을 예기치 않게 발견했습니다.

우리의 후속 실험에서, 우리는 애벌레가 잎을 먹었고 식물이 호르몬 자 스모 네이트를 활성화 시키면 작은 기공의 개방을 막았고 잎이 올라가서 차가워지는 것을 막았습니다. 공장은 냉각 반응을 전개 할 수 없었으며, 동시에 광합성 (햇빛과 이산화탄소로 음식을 만드는 것)이 줄었습니다.

이러한 상황은 식물의 성장을 효과적으로 늦 춥니 다. 따라서 토마토 식물은 곤충 공격이나 고온에 잘 대처할 수 있지만 두 스트레스가 동시에 발생하면 이중 문제가 발생합니다. 결과는 배고픈 애벌레와 잎 과열에 의한 빠른 잎 제거입니다.

실제 환경에서 식물 연구

곤충 공격이 식물 자체를 냉각시키지 못하게하는 이유는 여전히 미스터리입니다. 그러나 곤충 공격 중에 식물이 기공을 막 으면 상처를 입은 잎에서 증발하는 것을 막아 물을 절약 할 수 있습니다. 우리는이 반응이 물이 부족할 때 발전소에 도움이 될 수 있다고 생각합니다.

우리는 고도로 통제 된 실험실 조건보다는 거친 자연 환경에서 자란 식물을 연구함으로써이 문제를 해결할 계획입니다. 우리는 열과 상처 스트레스를 모두 견딜 수있는 작물을 개발하기 위해 그러한 연구가 필요하다고 생각합니다.

보다 탄력적 인 식물 만들기

많은 전문가들은 향후 30 년 동안 농업 생산성이 빠르게 증가하는 인구. 변화하는 지구 환경의 불확실한 영향과 함께 주요 농작물에 대한 현재 수확량 궤적은 기존의 농업 관행을 사용하여 세계가이 수요에 훨씬 못 미치게 될 것이라고 제안합니다.

영국 로얄 학회 다른 과학기구들은 두 번째 녹색 혁명 점점 더 가혹한 환경 조건에 직면 한 작물의 개발을 통해 농업의 지속 가능한 강화를 가능하게합니다.

유전체학 및 유전자 편집에서 컴퓨터 및 데이터 과학 접근에 이르기까지 최근의 기술 발전은 연구자들에게이 목표를 향한 전례없는 기회를 제공합니다. 열 및 곤충 공격의 복잡한 상호 작용에 대한 이해를 높이기 위해, 우리의 연구가 지구 온난화 환경에서 식물 탄력성을 높이기위한 새로운 전략을 제시 할 수 있기를 바랍니다.

저자에 관하여

생화학 및 분자 생물학 교수 인 Gregg Howe 미시간 주립 대학 그리고 식물 연구의 박사후 연구원 인 Nathan Havko, 미시간 주립 대학

이 기사는에서 다시 게시됩니다. 대화 크리에이티브 커먼즈 라이센스하에 읽기 원래 기사.

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