Zvětšit obrázek

Zařízení Soybean Free Air Concentration Enrichment (Soy FACE) v Illinois. Rostlinky sóji mohou být na jednotlivých polích vystaveny různé úrovni oxidu uhličitého a ozónu, aniž by byly izolovány od vnějšího prostředí a působení dalších vlivů prostředí.

Úroveň oxidu uhličitého v atmosféře se pomalu dostává na alarmující úroveň a nový výzkum vědců z Ilinoiské univerzity indikuje, že obranyschopnost sóji klesá stejnou měrou s jakou koncentrace CO₂ roste. Podle této studie, která se objevila v on-line publikaci Proceedings of the National Academy of Sciences, stoupající koncentrace oxidu uhličitého narušuje klíčové komponenty rostlinné obrany proti hmyzu, který se živí jejich listy.

Profesor botaniky a autor této studie Evan DeLucia říká: „Odlesňování a spalování fosilních paliv prokazatelně zvýšilo hladinu oxidu uhličitého od konce 18. století. V současnosti je v atmosféře 380 ppm CO₂. Na začátku průmyslové revoluce to bylo 280 ppm a tak tomu bylo i před minimálně 600 tisíci lety – a možná i před několika milióny lety. Současné předpovědi naznačují, že hladina oxidu uhličitého v atmosféře stoupne do roku 2050 na 550 ppm a při rychlém průmyslovém rozvoji Indie a Číny to může být ještě mnohem rychleji.“

K nové studii využila profesorka entomologie a vedoucí oddělení entomologie May Berenbaumová výzkumné zařízení nazvané Soybean Free Air Concentration Enrichment (Soy FACE) v Illinois. V této speciální laboratoři pod širým nebem mohou být rostliny sóji na jednotlivých polích vystaveny různým koncentracím oxidu uhličitého a ozónu ale zároveň nejsou izolovány od přirozených vnějších vlivů, jakými je třeba déšť, sluneční záření a samozřejmě také hmyz.
 

Je obecně známo, že vysoký obsah oxidu uhličitého v atmosféře urychluje fotosyntézu. Méně známo už asi je, že to také vede ke změně vzájemného poměru sacharidů a dusíkatých látek v listech rostlin. Výzkumníci chtěli vědět, jak tento změněný poměr mezi uhlíkem a dusíkem působí na hmyz, který se těmito rostlinami živí.
 

Když výzkumníci vystavili sójové pole zvýšené úrovni oxidu uhličitého, dostavil se očekávaný efekt: sójové rostliny na pokusné parcele vykázaly mnohem více poškození hmyzem než ty vedle.

Zvětšit obrázek

Výzkumníci zjistili, že obranyschopnost rostlin klesá s rostoucí úrovní oxidu uhličitého. Rostliny vystavené vyšší hladině CO2 přitahovaly mnohem více dospělců listokaza japonského než rostliny v běžné hladině atmosferického CO2. (Foto: Evan DeLucia)

Podrobnější zkoumání ukázalo, že sója rostoucí v atmosféře s vyšší úrovní CO₂ přitahovala mnohem více dospělců listokaza japonského (Popilia japonica), bázlivce kukuřičného (Diabrotica virgifera virgifera) za současného přemnožení sójových mšic (Aphids glycines) než soja na ostatních polích.
 

May Berenbaumová: „Tato studie demonstruje, že globální změny prostředí jsou mnohostranné. Dopad zvýšeného obsahu CO2 na mrzačení schopnosti rostlin přirozeně reagovat na poškození hmyzem je ještě zhoršena přítomností invazivních hmyzích škůdců sójových polí. Listokaz japonský, jak jeho jméno napovídá, není v Illinois původním druhem a dorazil na sójová pole teprve nedávno. Způsobuje už nyní značné škody, ale tato studie napovídá, že jeho schopnost škodit se bude časem stále zvyšovat.“

„Housenky a ostatní hmyzí larvy potřebují především dusík k růstu a tvorbě nových tkání, ale dospělí jedinci mohou zdárně přežít a množit se při vysokosacharidové „dietě“. To dává smysl, proč se více dospělců přesouvalo na soju rostoucí ve vyšší koncentrací oxidu uhličitého, řekl DeLucia.
„Ale dá se vyšší hladinou cukru v listech vysvětlit celý efekt?“ ptali se vědci. K nalezení odpovědi umožnili vědci broukům prožít celý jejich život v jednom ze tří prostředí: na rostlinách pod vysokou úrovní CO₂, s běžnou úrovní CO₂ nebo na rostlinách s běžnou hladinou CO₂ mimo pokusné pole, u kterých byl uměle zvýšen obsah cukru.

 „Co jsme zjistili, bylo zarážející,“ řekl DeLucia. „Brouci na sóje s vysokým CO₂ žili déle a díky tomu zplodili více potomstva než ti, kteří žili mimo. Ale u těch, kteří měli ve stravě doplněné cukry, nedošlo k tomuto efektu.“ „Takže jsme si mysleli, že cukry byly tou hlavní příčinou, proč brouci sežrali více listů rostlin na poli s vysokým CO₂,“ pokračoval DeLucia. „A to sice stále může být pravda, ale cukry nejsou to, co způsobuje, že tito brouci žijí déle, častěji se páří a mají více potomstva.“

Zvětšit obrázek

Evan DeLucia: „Listy rostoucí při zvýšené koncentraci CO2 ztrácí přirozené obranné mechanismy.To co jsme objevili je, že listy rostoucí pod vysokou hladinou CO2 ztrácí svou schopnost produkovat kyselinu jasmonovou a tak celá tato obranná linie padá. Listy se už nemohou adekvátně bránit.“

Proto tým obrátil pozornost na hormonální signalizaci rostlin a zaměřili se na klíčovou chemickou obranu rostlin, kterou rostliny používají k odražení hmyzích útoků. Když hmyz žere listy, sója a některé další rostliny se brání tím, že produkují kyselinu jasmonovou, startující řetěz chemických reakcí v listech, který posiluje jejich obranu.

Normálně tato kaskáda reakcí vede v listech ke zvýšení koncentrace enzymu nazývaného inhibitor proteázy. Když hmyz pozře tento enzym, dojde k potlačení jeho schopnosti trávit listy.
Vyšší obsah sacharidů v listech spojený s nepřítomností přirozené chemické obrany dovoluje dospělému hmyzu bez problémů hodovat na těchto rostlinách, žít déle a zplodit i více potomstva.
 

 
Výzkumníci, kteří jsou sdruženi v Univerzitním institutem genomové biologie, budou nyní hledat, zda se stejný proces objevuje i u dalších rostlin.

Zdroj: University of Illinois at Urbana-Champaign