Opvarmede plotforsøg afslører sammenhængen mellem varmere tidlige vintre og lavere afgrødeudbytte

Innovative eksperimenter med temperaturkontrollerede markparceller har været med til at forklare sammenhængen mellem tidlige vintertemperaturer og udbytte i nogle af vores mest salgbare markafgrøder.

Laboratorie- og in-field-teknologi gjorde det muligt for teamet af forskere fra John Innes Center at simulere hele vækstsæsoner og fastslå, at nedkøling er vigtig i slutningen af ​​november/begyndelsen af ​​december, fordi det fremmer vækst under tidlig blomsterudvikling af afgrøden.

De viste, at rapsplanter kan gennemgå en udviklingsfase kendt som blomsterknopsdvale, hvis vintertemperaturen er for varm. Denne fysiologiske proces opstår, da de mikroskopiske, nydannede knopper ligger inaktive og venter på lave temperaturer for at signalere vækst og er velkendt i flerårige planter, der vokser år efter år.

Dette udviklingsstadium var ikke kendt for at eksistere i enårige afgrøder (dem, der fuldender deres livscyklus i en vækstsæson).

Rapsplanter, der blev kølet på dette vigtige udviklingsstadium, udviklede sig hurtigere og gav højere udbytte og producerede flere frø pr. bælg. Omvendt voksede planter dyrket under varmere forhold langsomt og gav lavere udbytte.

Professor Steve Penfield, en gruppeleder ved John Innes Center, siger, at "det var overraskende at finde ud af, at etårige vinterplanter har denne blomsterknopsdvale - ingen har nogensinde antydet, at denne mekanisme er vigtig for blomstringstidskontrol i enårige planter. Vores eksperimenter yderligere viser, at hvis blomsterknopper oplever varmere temperaturer end gennemsnittet, så aftager væksten, og planter producerer afvigende blomster og lavt udbytte. Omvendt ved vi, at hvis planterne bliver afkølet på dette tidspunkt, fremmer dette hurtigere vækst og højere udbytte."

Tidligere undersøgelser har vist en stærk sammenhæng mellem slutningen af ​​november-begyndelsen af ​​december temperaturer og udbyttet i afgrøder som raps, som er etårige vinterplanter, plantet om efteråret og høstet den følgende sommer.

Koldere temperaturer i dette vejrvindue er forbundet med højere udbytter, mens varmere temperaturer resulterer i lavere udbytter. Forskellene i forhold under dette vigtige vejrvindue tegner sig for en variation på op til 25 % af det samlede udbytte.

At forstå årsagerne bag de statistiske sammenhænge mellem klima og udbytte er vigtig for at forudsige klimaændringernes indvirkning på afgrødeproduktionen og kan bruges til at udvikle strategier til at tilpasse afgrøden til at producere højere udbytter med varmere vintre.

Første forfatter af papiret Dr. Carmel O'Neil siger, at de "ønsker at forstå virkningen af ​​klimaændringer på det britiske afgrødeudbytte. For at forudsige disse effekter og reagere på dem må vi forstå alle de processer, hvorved varierende vejr påvirker udbyttet. Og det er, hvad vi har gjort her i denne undersøgelse - og beviser eksperimentelt, hvad vi tidligere har set i korrelerede undersøgelser."

I, hvad der menes at være et unikt sæt eksperimenter, brugte forskerne indendørs kontrollerede miljørum programmeret til at simulere en årlig vintervækstsæson baseret på vejrdata indsamlet fra en gård.

Efter det indendørs, laboratoriekontrollerede forsøg flyttede holdet eksperimentet til et feltforsøg ved at bruge et opvarmet feltanlæg udendørs på John Innes Centrets feltforsøg og forsøgssted, Church Farm.

Resultaterne fra både laboratoriet og feltforsøgene var de samme, varmere forhold førte til langsommere vækst og reduceret udbytte.

Ved hjælp af molekylære teknikker analyserede holdet generne udtrykt i knopvævet fra rapsplanterne, som var påvirket af temperaturændringer. Dette viste, at et tidligere velkendt afkølingsresponsgen kaldet FLC medierede planters knopdvalerespons på vintertemperaturer.

Professor Penfield tilføjede, at de "havde set denne sammenhæng mellem nedkøling og udbytte i dataene, men indtil nu kunne vi ikke sige, at nedkøling var forbundet med afgrødens fysiologi - det er for eksempel ikke, at nedkøling bare dræber en sygdom eller skadedyr - selvom det måske også gør det. Men vi ved nu, hvorfor nedkøling påvirker udbyttet, og det er ned til fysisk effekt på planternes væksthastighed."

Tidligere forskning har identificeret betydningen af ​​temperatur på en plantebiologisk udviklingsproces kaldet vernalisering, som finder sted i oktober i rapsplanter.

Ved at identificere, at der er en anden temperaturfølsom proces, knopdvale, der finder sted senere i vækstsæsonen, kan forskere og opdrættere hjælpe os med at reagere bedre på udfordringen med klimaændringer. En strategi, der overvejes, er at identificere sorter, som er mindre temperaturfølsomme.

Forskningen blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences . + Udforsk yderligere

Første 'lab in a field'-eksperiment afslører en mere solrig side af klimaændringer