科学家发现了对玉米的隐藏威胁

一项新的研究揭示了遗传差异会影响玉米对更高浓度的地面臭氧的反应。

像大气中的甲烷和二氧化碳一样，地面臭氧也在上升。但是，作为化石燃料燃烧的有毒化学副产物，臭氧作为对玉米农业的潜在威胁，受到的关注相对较少。

一项新的研究开始解决这一失误，方法是将田间遗传上无遗传影响的玉米植物群体暴露于未来的臭氧水平。这项研究发表在《全球变化生物学》杂志上。该研究发现，在臭氧空气污染严重的情况下，玉米家族树的某些成员比其他成员更容易遭受产量损失。研究人员说，发现这些差异的遗传基础可以帮助植物科学家开发抗臭氧玉米。

“臭氧以与二氧化碳相同的方式进入植物：它从大气中扩散到叶子中。”美国农业部科学家丽莎·安斯沃思（Lisa Ainsworth）说，他是由伊利诺伊大学植物生物学教授安德鲁·利基（Andrew Leakey）领导这项研究的。佛罗里达大学分子遗传学和微生物学教授Lauren McIntyre；加州大学戴维斯分校植物科学教授帕特里克·布朗。Ainsworth和Leakey是Carl R. Woese基因组生物学研究所和伊利诺伊州作物科学系的分支机构。

美国农业部科学家丽莎·安斯沃斯（Lisa Ainsworth）是美国植物生物学教授安德鲁·利基（Andrew Leakey）及其同事，他们发现玉米植物对臭氧污染的反应方式具有遗传变异。当暴露在高水平的臭氧中时，某些遗传系的后代比其他遗传系遭受更大的产量损失。

艾因斯沃思说，二氧化碳是植物的营养物质。她说：“最终谷物中的所有碳都首先通过叶子。”但是臭氧是一种高反应性分子，会破坏生物组织并损害植物叶片中光合碳的捕获。

利基说：“基本上，臭氧会加速叶片的衰老。”

艾因斯沃思说，即使是背景臭氧水平也会造成一定程度的损害。她说：“我们的研究表明，当前的臭氧水平使玉米单产降低了10％。”“这与干旱，洪水或任何单一的病虫害一样多，但这是美国产量损失的相对未被研究的组成部分。”

研究人员使用了位于美国伊利诺伊州的Free Air Concentration Enrichment设施来追踪农业领域中较高的大气臭氧水平对现实世界的影响。FACE设施使用先进的排放系统，该系统可监测风向和风速，以特定水平的各种气体（包括臭氧）对整个田地进行配量。

“在这项研究中，我们要进行熏蒸的水平是今天在中国和印度常见的水平，” Ainsworth说。“因此，即使我们使用的浓度是伊利诺伊州中部本底臭氧水平的2 1/2倍，也不算太高。”

研究人员评估了暴露于高臭氧水平的玉米的光合特性。在该实验中，研究人员测量了玉米叶片中气体交换的速率。

研究人员种植了45种杂交玉米植物，这些植物代表了所有主要类型的玉米-爆米花，扫帚玉米，凹痕，fl石和其他玉米-以寻找其对高臭氧水平反应的变化。他们发现，某些杂种比其他杂种对臭氧胁迫更敏感。

利基说：“我们发现了两个玉米系，它们的后代对臭氧污染更敏感，而与我们一起培育的其他玉米类型无关。”“当暴露于高臭氧条件时，他们的遗传缺陷以不同的方式表现出来。”

Leakey说，商业玉米的遗传是商业秘密，因此“我们不知道这些玉米品种是否具有相同的致命弱点。”“育种者不会知道这些差异，因为它们在干净的空气条件下并不明显。”

Leakey说，将需要更多的遗传分析和更多的实验，例如在FACE设施中进行的实验，以确定当今的植物如何应对未来的条件。

他说：“在气候变化之前了解植物如何应对气候变化非常重要。”“这是我们找到将来需要的解决方案的唯一方法。”

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研究团队还包括美国大学的Nicole Choquette，Christopher Montes和Crystal Sorgini。 I.博士后科学家Timothy Wertin；佛罗里达大学博士后科学家Funda Ogut；佛罗里达大学高级研究经理艾莉森·莫尔斯（Alison Morse）。

国家科学基金会支持这项研究。

参考：Nicole E. Choquette，Funda Ogut，Timothy M.Wertin，Christopher M.Montes，Crystal A.Sorgini，Alison M.Morse，Patrick J.Brown，“发现臭氧污染下田间种植的玉米的光合作用中隐藏的遗传变异”， Andrew DB Leakey，Lauren M.McIntyre和Elizabeth A.Ainsworth，2019年10月1日，全球变化生物学。
10.1111 / gcb.14794