イリノイ大学ニュース局ライフ サイエンス編集者 Diana Yates にこの記事を寄せていただきありがとうございます
気候変動を研究する農業科学者は、大気中の二酸化炭素レベルの上昇が作物の収量にどのように影響するかに注目することがよくあります。しかし、気温の上昇は状況を複雑にする可能性が高いと、研究者はこのトピックの新しいレビューで報告しています.
Journal of Experimental Botany に掲載されたこのレビューでは、大気中の CO2 の利用可能性が高いにもかかわらず、気温の上昇が植物の成長と生存率にどのように影響するかを探っています。 、光合成の重要なコンポーネント。過度の熱は、光合成を促進する酵素の効率を低下させ、CO2 を調節する植物の能力を妨げる可能性があります 、摂取および水分損失、と研究者は書いています。構造上の特徴により、植物は熱ストレスの影響を受けやすくなったり、弱まったりします。植物の大きさや密度、植物の葉の配置、地域の大気条件などの生態系の属性も、熱が作物の収量に与える影響に影響を与えます。
このレビューでは、これらの課題に対処するための最新の科学的取り組みについて説明しています。
「十分な情報に基づいてこれらの問題に実際に取り組むためには、個々の葉の生化学から生態系レベルの影響まで、さまざまなスケールでこれらの問題を理解することが重要です」と筆頭著者 Caitlin Moore は述べています。 、西オーストラリア大学のリサーチ フェロー、Institute for Sustainability, Energy, and Environment の提携リサーチ フェロー イリノイ大学アーバナシャンペーン校で。 Moore が Amanda Cavanagh と共にレビューを主導しました 、現在英国のエセックス大学に在籍する別の U. of I. 卒業生
「歴史的に、CO2 の増加とそれが植物に与える影響に多くの焦点が当てられてきました」と共著者の Carl Bernacchi は言いました 、植物生物学の教授 および作物科学の Carl R. Woese Institute for Genomic Biology の関連会社 私たちは二酸化炭素濃度を大幅に変化させているため、これは重要な要素です。しかし、それは大きな物語のほんの一部です。変化する温度をミックスに投入すると、植物がどのように反応するかについての私たちの理解が完全に台無しになります。」
「二酸化炭素を糖に固定し、地球上の生命を可能にする重要な酵素であるルビスコを考えてみましょう」とキャバナは言いました。 「Rubisco は温度が上がるとスピードが上がりますが、ミスを犯しやすくなります。」
ルビスコは、光合成の重要なステップである二酸化炭素を糖に結合して固定する代わりに、酸素を固定し、植物の資源を浪費する別の経路を開始することがあります。 Cavanagh氏によると、気温が高いほどこの可能性が高くなります。さらに高い温度では、酵素はその構造的完全性を失い始め、効果がなくなります.
過度の熱は、植物の生殖能力を損なうこともあります。その他の熱に敏感な酵素は、植物の集光機構に不可欠であるか、糖をさまざまな植物組織に移動させる役割を果たし、植物が成長して穀物や果物を生産できるようにします.
「これらの小さな分子機械が最適な温度範囲から外れると、彼らは仕事をすることができなくなります」と Cavanagh 氏は述べています。
気温が高くなりすぎると、植物の葉は気孔と呼ばれる表面の気孔を開いて自分自身を冷やします。植物は気孔によって大気中の二酸化炭素を吸収することもできますが、気孔が完全に開いていると、葉が水分を失いすぎてしまう可能性があります。
「温度は植物の上の大気に影響を与えます」とムーアは言いました。 「大気が加熱されると、追加の水を保持できるため、植物からより多くの水が引き出されます。」
イリノイ州などの科学者は、これらの変化に直面して作物の回復力を高める方法を探しています。生態系規模の要因に焦点を当てた研究を行っているムーア氏は、植物を大規模にスクリーニングするのに役立つ新しいツールがその取り組みに不可欠であると述べています。たとえば、植物のクロロフィル蛍光の変化を検出できるサテライトは、作物が熱ストレスを受けているかどうかを示すことができます。これらの蛍光の変化は、葉が茶色に変色するなど、植物が熱ストレスの兆候を示す前に検出できます。これらのツールを開発することで、農家は、被害が大きくなりすぎる前に、作物のストレスにより迅速に対応できるようになる可能性があります。
植物の分子生物学と生理学を研究している Cavanagh 氏は、一部の植物は他の植物よりも暑さに耐性があり、科学者はその成功の手がかりを得るためにそれらのゲノムを検索していると述べています。
「たとえば、ほとんどの水稲よりもはるかに厳しい気候で育っている野生のオーストラリアのイネの親戚を見ることができます」と彼女は言いました. 「そして、それらの酵素は、より高温でより効率的に働く準備ができていることがわかります。」
目標の 1 つは、熱ストレスに弱い栽培イネ品種に耐暑性遺伝子を導入することです。
その他の戦略には、より多くの CO2 を排出するエンジニアリング構造が含まれます 、ルビスコ効率を改善するための炭素固定の部位へ。植物の上部と下部にある葉の集光特性を変更して、日光の分布を均一にし、水分レベルを維持します。 CO2 の制御を改善するために気孔の密度を変更する 、流入および水分の損失。
生態系と植物機能のさまざまなスケール (大気から分子まで) に焦点を当てた科学者間の協力は、作物の回復力を構築する取り組みの成功に不可欠である、と研究者は述べています。
「世界は驚くべき速さで熱くなっています」とキャバナは言いました。 「そして、地球規模のモデルから、総気温摂氏度が上昇するたびに、主要な 4 つの作物の収量が 3% から 7% 減少する可能性があることがわかっています。したがって、これは無視できるものではありません。
「私を楽観的にしているのは、この問題を世界的に解決するために非常に多くの作業が行われているという認識です」と彼女は言いました.
Cavanagh と Bernacchi は、U. of I の光合成効率向上プロジェクトの関連会社です。Moore は、イリノイ州の Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation の関連会社でもあります。 Bernacchi は、米国農務省農業研究局の研究植物生理学者です。
「作物の光合成に対する温度上昇の影響:酵素から生態系へ」という論文は、オンラインおよびから入手できます。 U. I. News Bureau の
