Un nuovo studio rivela differenze genetiche che influenzano il modo in cui il mais risponde a concentrazioni più elevate di ozono a livello del suolo. Credito:Don Hamerman
Come il metano atmosferico e l'anidride carbonica, l'ozono troposferico è in aumento. Ma l'ozono un sottoprodotto chimico nocivo della combustione di combustibili fossili, ha ricevuto relativamente poca attenzione come potenziale minaccia per l'agricoltura del mais.
Un nuovo studio inizia a colmare questa lacuna esponendo un gruppo geneticamente diversificato di piante di mais sul campo a futuri livelli di ozono. Lo studio, riportato sul giornale Biologia del cambiamento globale , hanno scoperto che alcuni membri dell'albero genealogico del mais sono più suscettibili di altri a produrre perdite sotto un elevato inquinamento atmosferico da ozono. Scoprire le basi genetiche di queste differenze potrebbe aiutare gli scienziati delle piante a sviluppare mais resistente all'ozono, hanno detto i ricercatori.
"L'ozono entra nelle piante allo stesso modo dell'anidride carbonica:si diffonde dall'atmosfera alla foglia, " ha detto Lisa Ainsworth, uno scienziato del Dipartimento di Agricoltura degli Stati Uniti che ha guidato la ricerca con il professore di biologia vegetale dell'Università dell'Illinois Andrew Leakey; Lauren McIntyre, professoressa di genetica molecolare e microbiologia dell'Università della Florida; e Università della California, Il professore di scienze vegetali di Davis Patrick Brown. Ainsworth e Leakey sono affiliati del Carl R. Woese Institute for Genomic Biology e del dipartimento di scienze delle colture dell'Illinois.
L'anidride carbonica è un nutriente per le piante, ha detto Ainsworth. "Tutto il carbonio che finisce nel grano passa prima attraverso la foglia, " ha detto. Ma l'ozono è una molecola altamente reattiva che danneggia i tessuti biologici e altera la cattura del carbonio fotosintetico nelle foglie delle piante.
Lisa Ainsworth, scienziata del Dipartimento di Agricoltura degli Stati Uniti, Giusto, Il professore di biologia vegetale della University of I. Andrew Leakey e i loro colleghi hanno scoperto una variazione genetica nel modo in cui le piante di mais rispondono all'inquinamento da ozono. La progenie di alcune linee genetiche subisce maggiori perdite di resa rispetto ad altre se esposta a livelli elevati di ozono nel campo. Credito:L. Brian Stauffer
"Fondamentalmente, l'ozono accelera l'invecchiamento della foglia, " ha detto Leakey.
Anche i livelli di fondo di ozono fanno qualche danno, ha detto Ainsworth. "La nostra ricerca suggerisce che gli attuali livelli di ozono riducono i raccolti di mais fino al 10%, " ha detto. "Questo è tanto quanto la siccità o le inondazioni o qualsiasi singolo parassita o malattia, ma questa è una componente relativamente non studiata della perdita di rendimento negli Stati Uniti."
I ricercatori hanno utilizzato l'impianto di arricchimento della concentrazione di aria libera presso l'U. of I. per monitorare le conseguenze nel mondo reale di livelli più elevati di ozono atmosferico in un campo agricolo. La struttura FACE utilizza un sofisticato sistema di emissione che monitora la direzione e la velocità del vento per dosare un campo con livelli specifici di una varietà di gas, compreso l'ozono.
"Il livello a cui stiamo fumigando in questo studio è un livello che si trova comunemente oggi in Cina e India, " ha detto Ainsworth. "Quindi, non è eccessivamente alto, anche se stiamo usando una concentrazione che è 2 volte e mezzo il livello di ozono di fondo nell'Illinois centrale".
I ricercatori valutano i tratti fotosintetici del mais esposto ad alti livelli di ozono. In questo esperimento, un ricercatore misura la velocità con cui avviene lo scambio di gas in una foglia di mais. Credito:L. Brian Stauffer
I ricercatori hanno piantato 45 piante di mais ibride che rappresentano tutti i principali tipi di mais:popcorn, mais di ginestra, ammaccatura, selce e altri, per cercare variazioni nelle loro risposte agli alti livelli di ozono. Hanno scoperto che alcuni ibridi erano più sensibili allo stress da ozono rispetto ad altri.
"Abbiamo trovato due linee di mais la cui prole era più sensibile all'inquinamento da ozono, indipendentemente da quali altri tipi di mais li abbiamo allevati, " Leakey ha detto. "Le loro carenze genetiche si manifestano in modi diversi quando sono esposti alle condizioni di alto ozono".
La genetica del mais commerciale è un segreto commerciale, quindi "non sappiamo se queste varietà di mais hanno lo stesso tallone d'Achille, " Ha detto Leakey. "Gli allevatori non saprebbero di queste differenze poiché non sono evidenti in condizioni di aria pulita".
Saranno necessarie più analisi genetiche e più esperimenti come quelli condotti presso la struttura FACE per determinare come le piante di oggi risponderanno alle condizioni future, ha detto Leakey.
"È importante capire come le piante risponderanno ai cambiamenti climatici prima dei cambiamenti climatici, " ha detto. "Questo è l'unico modo in cui possiamo trovare le soluzioni che saranno necessarie in futuro".
