虫害和气候变暖对作物来说意味着“双重麻烦”

发布者:bpadmin
发布时间:2020-01-27 06:33
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最近的研究模型告诉我们,随着气候变暖,食草害虫将对农作物造成更大的损害。一项研究预测,每升高1摄氏度,农作物因昆虫而损失的产量就会增加10%到25%。然而,密歇根州立大学的科学家认为这样的模型是不完整的,我们很可能低估了损失。



密歇根州立大学一项新的研究表明,被感染的番茄植株在努力击退毛虫的过程中,将不能适应不断上升的气温。这把双刃剑降低他们的产力和产量。

根据这项研究,有两个因素在起作用。首先是气温上升,昆虫的新陈代谢随着热量的增加而加快,它们会吃得更多。此外,更温暖的温度会为昆虫扩大宜居的栖息地。

第二,这也是目前其他模型所忽略的,那就是被感染的植物对高温的反应。

这项研究的通讯作者,密歇根州立大学能源部植物研究实验室的特聘教授格雷格·豪表示,有一些限制因素使植物无法同时应对两种压力。在这种情况下,人们对植物如何同时应对气温升高和虫害知之甚少,所以这项研究填补了这一空白。

植物有应对不同威胁的防御系统,也包括对付毛虫的袭击?有专门的对策。当毛虫咬坏一片叶子时,植物会产生一种叫做“茉莉酸”的激素(缩写:JA)。茉莉酸会告诉植物迅速产生防御化合物来挫败毛虫。

如果气温太高了呢?显然,农作物不能跑到树荫下乘凉,但它们有一套降温的方法。它们会抬高叶子,尽量远离炎热的土壤表面。另外,还通过张开叶片表面的叶孔来“出汗”,类似于皮肤毛孔。这样水就可以蒸发来冷却树叶。

首席作者,博士后研究员内森·哈夫科在38摄氏度的高温生长室中种植西红柿植物,并把饥饿的毛虫放在它们身上。与常温下的对照组相比,温暖空间里的毛虫长得要大得多,它们几乎把西红柿植物都消灭了。

哈夫科认为:“当温度较高时,受伤的番茄植株会产生更多的茉莉酸,导致更强的防御反应。但不知何故,这并没有阻止毛虫。此外,还发现茉莉酸阻碍了植物降温的能力,它无法抬起树叶或排汗。”

也许,这些植物会关闭叶孔以停止从受伤部位流失水分,但最终它们会遭受相当于中暑的痛苦。甚至有可能是毛虫很狡猾,会造成额外的破坏,使叶孔闭合,叶片温度升高,这将加速昆虫的生长和发育。

这是有代价的。这些植物的光合作用严重受损。植物生长的资源是存在的,但不能得到合理利用,导致作物生产力下降。

有许多悬而未决的问题需要解决,但到目前为止,这项研究表明,当全球气温上升时,农作物可能要面临更多问题。

格雷格·豪表示,“我认为我们还没有意识到防御反应和植物生产力之间意想不到的权衡,特别是存在其他环境压力的情况下。如果植物面临高温或其他压力,开启防御反应可能弊大于利。”

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。豪实验室的研究团队包括迈克尔·达斯、乔治·卡帕利、内森·哈夫科和格雷格·豪。光合作用的研究是在沙基实验室的艾伦·麦克莱恩和托马斯·沙基的支持下完成的。


文献引用
Nathan E. Havko, Michael R. Das, Alan M. McClain, George Kapali, Thomas D. Sharkey, Gregg A. Howe. Insect herbivory antagonizes leaf cooling responses to elevated temperature in tomatoProceedings of the National Academy of Sciences, 2020; 201913885 DOI: 10.1073/pnas.1913885117
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