Влияние глобального потепления на опыление рапса и гречихи

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!