Продолжительность дня определяется нашим путешествием вокруг Солнца каждый год — это высечено в камне, — но необычные колебания температуры становятся все более распространенными, поскольку наш климат меняется. Так что же происходит с многолетними растениями, когда солнце говорит им, что они должны оставаться в спячке, а потепление почвы рассказывает им другую историю? Новое исследование Университета Иллинойса дает некоторые ответы.
Просовник и луговой вьюнок, местные многолетние травы, выращиваемые для получения биомассы, выходят из состояния покоя, когда почва прогревается в течение недели или более, обычно в апреле. По мере повышения температуры углеводы, хранящиеся в корневищах растений, превращаются в подвижные формы, питающие растущие ткани.
Если это произойдет во время необычно ранней оттепели, новые побеги могут погибнуть, а корневища могут остаться истощенными, когда температура вернется в нормальный диапазон. Растению может не хватить мощности для появления новых побегов позже весной, что влияет на урожай биомассы в агрономических условиях или на конкурентоспособность в естественных растительных сообществах.
Чтобы посмотреть на взаимосвязь между температурой почвы, продолжительностью светового дня и периодом покоя проса проса и вьюнка прерий, D.K. Ли и его сотрудники разработали исследование, чтобы обмануть растения.«Мы выкапывали растения с поля и приносили их в теплые теплицы в Иллинойсе и Южной Дакоте каждый месяц с октября по март», — говорит Ли, агроном из Департамента растениеводства Университета I. «Единственным освещением было солнце. , поэтому растения должны были реагировать на внешний световой период или продолжительность светового дня ».Теплые температуры заставили растения начать расти, но некоторых из них смутили короткие дни после появления всходов. «Растения, собранные с октября по январь, проснулись, а потом — эй!» Дни были намного короче, чем обычно, когда они просыпаются.
Особенно в октябре, ноябре и декабре продолжительность дня продолжает сокращаться. Это слишком коротко.
Растения думают, что это странно », — объясняет Ли.Настолько странно, что растения снова вошли в состояние покоя. Новые побеги просо проса перестали расти, но остались зелеными и живыми; исследователи назвали это застоем. Но новые побеги кордграсса прерий полностью погибли. «Кордграсс снова заснул», — говорит Ли. «Температурный сигнал для выхода из состояния покоя был отменен сигналом продолжительности светового дня».
Ли отмечает, что первоначальной целью исследования был сбор информации для целей разведения. «Часто мы пытаемся скрещивать две разные популяции с двумя разными периодами цветения», — говорит он. «Мы искусственно пытаемся контролировать и синхронизировать цветение, изменяя продолжительность дня. Здесь мы не меняли длину дня, но мы все еще хотели увидеть, что произошло с цветением».
Растениям позволили продолжить цикл роста до цветения. По большей части цветение происходило тогда, когда оно обычно происходило, поскольку цветение, как правило, больше зависит от продолжительности дня, чем от температуры.Независимо от первоначальной цели исследования, Ли продолжает возвращаться к тому, что его результаты говорят о потенциальных последствиях изменения климата для многолетних растений. «Мы думаем об изменении климата как о медленном и устойчивом процессе; вполне возможно, что эволюция может идти в ногу с такими темпами.
Но мы наблюдаем резкие и резкие колебания температуры. Это то, о чем мы беспокоимся», — говорит он.Если многолетние растения выйдут из состояния покоя во время ранней оттепели, а затем пострадают от поздних заморозков, что произошло в 2012 году в Иллинойсе, урожай этого года может быть потерян. Несмотря на то, что кордовый луговой трава, как известно, устойчива к холоду, если короткие дни вынуждают его снова впадать в состояние покоя после появления всходов, урожайность может быть ниже.
Это всего лишь агрономические соображения. Ли повторяет, что колебания температуры могут иметь серьезные последствия для многолетних растений в природных экосистемах. «Что произойдет, если все многолетние растения умрут или произведут меньше биомассы в течение одного года из-за раннего потепления?
Захватят ли агрессивные однолетние сорняки? Сообщество многолетних растений может испытать шок».Неизвестно, почему Ли планирует продолжить изучение реакции многолетних растений на длину дня и температуру. «Мы до сих пор не знаем, что происходит с запасами углеводов, поскольку эти растения только начинают выходить из состояния покоя. Еще до того, как мы увидим ростки, они метаболизируют и мобилизуют углеводы.
Это большой процесс потребления энергии, и нам необходимо узнайте больше, чтобы иметь возможность предсказать, как они справятся с сигналами температуры и продолжительности дня », — говорит Ли.Статья «Рост и развитие двух многолетних трав в условиях естественного освещения в период их естественного покоя» опубликована в Crop Science. Авторы статьи: Цзя Го и Д.К. Ли из Университета штата Нью-Йорк, Арвид Бо из Государственного университета Южной Дакоты и До-Сун Ким из Сеульского национального университета.
Работа была поддержана Министерством сельского хозяйства США NIFA, экспериментальной станцией государственного университета Южной Дакоты и Корейской федерацией научно-технических обществ.