Undersøgelse finder, at stigende ozon er en skjult trussel mod majs

Ligesom atmosfærisk metan og kuldioxid, jordnær ozon er i stigning. Men ozon, et skadeligt kemisk biprodukt fra forbrænding af fossile brændstoffer, har fået relativt lidt opmærksomhed som en potentiel trussel mod majslandbruget.

En ny undersøgelse begynder at løse dette bortfald ved at udsætte en genetisk forskelligartet gruppe af majsplanter i marken for fremtidige ozonniveauer. Studiet, rapporteret i journalen Global forandringsbiologi , fundet, at nogle medlemmer af majs-slægtstræet er mere modtagelige end andre for at give tab under høj ozon-luftforurening. At opdage den genetiske underbygning af disse forskelle kan hjælpe planteforskere med at udvikle ozon-resistent majs, sagde forskerne.

"Ozon trænger ind i planter på samme måde som kuldioxid:Det diffunderer fra atmosfæren til bladet, " sagde Lisa Ainsworth, en videnskabsmand fra det amerikanske landbrugsministerium, der ledede forskningen sammen med professor i plantebiologi ved University of Illinois, Andrew Leakey; Professor i molekylær genetik og mikrobiologi ved University of Florida, Lauren McIntyre; og University of California, Davis plantevidenskabsprofessor Patrick Brown. Ainsworth og Leakey er datterselskaber af Carl R. Woese Institute for Genomic Biology og afdelingen for afgrødevidenskab i Illinois.

Kuldioxid er et næringsstof for planter, sagde Ainsworth. "Alt kulstof, der ender i kornet, kommer først gennem bladet, " sagde hun. Men ozon er et meget reaktivt molekyle, der beskadiger biologiske væv og forringer fotosyntetisk kulstoffangst i planteblade.

"I bund og grund, ozon fremskynder ældningen af ​​bladet, " sagde Leakey.

Selv baggrundsniveauer af ozon gør en vis skade, sagde Ainsworth. "Vores forskning tyder på, at de nuværende ozonniveauer reducerer majsudbyttet med så meget som 10 %, " sagde hun. "Det er lige så meget som tørke eller oversvømmelser eller en enkelt skadedyr eller sygdom, men dette er en relativt ustuderet komponent af udbyttetab i USA."

Forskerne brugte Free Air Concentration Enrichment-faciliteten ved U. of I. til at spore de virkelige konsekvenser af højere atmosfæriske ozonniveauer i en landbrugsmark. FACE-anlægget bruger et sofistikeret emissionssystem, der overvåger vindretning og hastighed til at dosere et felt med specifikke niveauer af en række forskellige gasser, herunder ozon.

"Niveauet, som vi fumigerer til i denne undersøgelse, er et niveau, der i dag er almindeligt forekommende i Kina og Indien, " sagde Ainsworth. "Så, det er ikke overdrevent højt, selvom vi bruger en koncentration, der er 2 1/2 gange niveauet af baggrundsozon i det centrale Illinois."

Forskerne plantede 45 hybride majsplanter, der repræsenterede alle de vigtigste typer majs - popcorn, koste majs, bule, flint og andre - for at se efter variation i deres reaktioner på høje ozonniveauer. De fandt ud af, at nogle hybrider var mere følsomme over for ozonbelastning end andre.

"Vi fandt to majslinjer, hvis afkom var mere følsomme over for ozonforurening, uanset hvilke andre typer majs vi har avlet dem med, Leakey sagde. "Deres genetiske mangler manifesterede sig på forskellige måder, når de blev udsat for de høje ozonforhold."

Genetik af kommerciel majs er en forretningshemmelighed, så "vi ved ikke, om disse majssorter har de samme akilleshæle, Leakey sagde. "Opdrættere ville ikke vide om disse forskelle, da de ikke er tydelige under ren luft."

Flere genetiske analyser og flere eksperimenter som dem, der blev udført på FACE-anlægget, vil være nødvendige for at bestemme, hvordan nutidens planter vil reagere på fremtidige forhold, sagde Leakey.

"Det er vigtigt at forstå, hvordan planter vil reagere på klimaændringer før klimaændringerne, " sagde han. "Det er den eneste måde, vi kan finde de løsninger, der vil være nødvendige i fremtiden."