Влияние глобального потепления на опыление рапса и гречихи
Недавнее исследование клубники показало — цветы перестают выделять заметное количество аромата при температуре на пять градусов Цельсия выше оптимальной, поэтому ученые решили проверить потенциальный эффект глобального потепления на запахи от двух маржинальных культур, которыми те привлекают насекомых опылителей.
Ученые из Зальцбургского университета, Австрия, Стефан Дёттерль и Гуарачи Дюран Кордейро, опубликовали результаты цветочного диалога между насекомыми-опылителями, рапсом и гречихой в статье, опубликованной в журнале Insects 2023 на портале MDPI, пишет agroxxi.ru.
«Рост населения потребует в этом столетии увеличить производство продуктов питания до 70 процентов. И насекомые-опылители, особенно пчелы и шмели, могут помочь нам в достижении этой цели, — пишут авторы. -Общение между цветами и пчелами предшествует опылению, что делает цветочную сигнализацию важным шагом в производстве пищи.
Среди цветочных признаков, участвующих в таком «диалоге» запахи играют ключевую роль, предоставляя информацию об идентичности видов растений и местонахождении, изобилии и качестве цветочных наград.
Запахи состоят из сложных букетов летучих органических соединений (ЛОС), которые принадлежат к нескольким химическим классам. В то время как большинство из них обычно широко распространены среди цветковых растений (например, бензальдегид, (Е) -β — оцимен, линалоол), другие встречаются редко (( E )-N- (2-метилбутил)- и (E) -N- (3-метилбутил)-1-(пиридин-3-ил)метанимин)).
До сих пор существует пробел в нашем понимании того, как потепление климата влияет на цветочные ароматы сельскохозяйственных культур, поэтому в данном исследовании мы оценили, как глобальное потепление влияет на химическую передачу сигналов между двумя важными видами сельскохозяйственных культур и их опылителями.
Целевыми культурами выбраны гречиха и рапс. Гречиха относится к псевдозерновым, гречка перерабатывается в продукты для сухих завтраков, в муку и лапшу, сильно зависит от опыления пчелами. Масличный рапс выращивается для производства пищевых и топливных масел, при этом опыление значительно способствует завязыванию семян и содержанию масла.
В опыте использовали комбинацию химико-аналитического и электрофизиологического подходов для количественной оценки влияния наихудшего сценария глобального потепления (+5 °C в этом столетии) на цветочную коммуникацию между этими растениям, пчелами и земляными шмелями (Apis mellifera Linnaeus и Bombus terrestris Linnaeus соответственно).
Растения культивировали в двух вегетационных камерах с многоступенчатым регулятором температуры и световым таймером, чтобы воссоздать два температурных сценария: оптимальный и выше оптимального на 5 градусов Цельсия.
Средняя оптимальная температура для роста и цветения гречихи составляет 22 °С , для рапса — 20 °С.
Учитывая среднесуточную тепловую амплитуду в Центральной Европе, растения гречихи выращивали по оптимальному сценарию днем и ночью при температуре 26 °С и 16 °С (в среднем 22 °С, учитывая продолжительность дневного и ночного периодов) соответственно, а при имитации глобального потепления температура составляла 31 °C и 21 °C (в среднем 27 °C) днем и ночью соответственно.
Растения рапса выращивали по оптимальному сценарию при 23°С и 13°С (в среднем 20°С) соответственно, а по более теплому сценарию — при 28°С и 18°С (в среднем 25°С) соответственно. Для каждого температурного сценария выращивали по 12 индивидуальных растений и проводили отбор ЛОС.
Образцы запаха, собранные с соцветий гречихи, содержали всего 23 ЛОС (23 и 11 в оптимальном и более теплом сценариях соответственно) из 6 химических классов: монотерпены (9 соединений), ароматические соединения (5), алифатические соединения (3), азотсодержащие соединения (3), соединения с разветвленной цепью C5 (2) и нерегулярные терпены (1).
Среди новых идентифицированных для гречихи соединений есть соединения, широко распространенные среди цветочных ароматизаторов (например, линалоол, (Е)-β) -оцимен, фенилацетонитрил, индол), а также редкие цветочные ароматы (например, 3-пиридинкарбоксальдегид, 2-метилпиразин).
Среди 12 соединений гречихи, испытанных на усиках A. mellifera и B. terrestris, 11 вызывали ответные реакции у обоих видов, среди них монотерпены (4 соединения), алифатические соединения (2), ароматические соединения (2), соединения с разветвленной цепью С5 (2) и азотсодержащие соединения (1). Только монотерпеновый сабинен не вызывал физиологического ответа.
Таким образом, насекомые имеют возможность обнаруживать соединения, которые исчезают при повышенных температурах или подвергаются воздействию в их (относительных) количествах. Некоторые из EAD-активных соединений уже идентифицированы как электрофизиологически активные как у A. mellifera, так и у B. terrestris (например, линалоол, (E)-β -оцимен, p-анисовый альдегид).
Основные соединения 2- и 3-метилбутановая кислота были впервые продемонстрированы здесь как вызывающие антеннальные ответы у пчел и шмелей. Эти соединения и бутановая кислота также вызывают антеннальный ответ у яичных паразитоидов, которые посещают цветки гречихи для сбора нектара.
Следовательно, температурные изменения цветочного аромата гречихи влияют на обонятельное восприятие цветков опылителями и другими посетителями цветов.
Образцы, собранные из цветков масличного рапса, показали в общей сложности девять летучих органических соединений (пять и девять в оптимальном и более теплом сценариях соответственно) трех химических классов: монотерпены (шесть соединений), ароматические соединения (два) и алифатические соединения (один). Цветочные соединения p-анисальдегид и линалоол также привлекательны для капустного долгоносика, важного вредителя рапса.
Изменение температуры не повлияло на количество выделяемого аромата у рапса. Независимо от температуры, в запахе рапса преобладали р-анисовый альдегид и линалоол.
Таким образом, цветочная коммуникация у рапса не будет затронута, даже если температура на земле повысится на 5 ° C до 2100 года.
В целом, наши результаты показали, что гречиха и масличный рапс по-разному восприимчивы к тепловому стрессу и что повышение температуры привело к меньшему количеству и другому составу запаха только у гречихи.
У масличного рапса аромат цветов не зависел от температурного режима выращивания растений, то есть эта культура сумеет привлечь пчел и шмелей в жарких условиях.
Гречиха выделяла втрое меньше цветочного аромата и другой состав в сценарии глобального потепления. Некоторые соединения, в том числе линалоол и индол, выделялись только из растений гречихи, выращиваемых при оптимальных температурах, но не из растений, выращиваемых при более высоких температурах».
⚡Следите за новостями Agroexpert в -> Telegram | Viber | Facebook | Instagram | News letter!
