Multe dintre culturile de care depindem trebuie polenizate pentru a produce hrană, însă căldura extremă poate distruge polenul. Aceasta este o problemă într-o lume care se confruntă cu schimbări climatice, așa că oamenii de știință caută o soluție, transmite BBC.
În luna iunie a anului trecut, Aaron Flansburg, fermier la a cincea generație din statul Washington (nord-vestul SUA), a simțit creșterea bruscă a temperaturii și a știut ce înseamnă pentru cultura sa de canola (un hibrid de rapiță). Flansburg plantează canola pentru a înflori în săptămânile răcoroase ale verii timpurii. Însă anul trecut, cultura sa a fost lovită de o căldură de 42 de grade Celsius în perioada în care florile se deschideau. „Asta era de neconceput în zona noastră să ai temperaturi ca acelea în iunie”, spune acesta.
Florile galbene s-au uscat, reproducția s-a oprit iar multe semințe care ar fi fost presate pentru uleiul de canola nu s-au mai format. Flansburg a recoltat aproape 272-363 de kilograme per acru (aproape jumătate de hectar). Anul precedent, în condiții ideale de vreme, el a avut o producție de 1.225 de kilograme per acru.
Mulți factori ar fi contribuit la recolta slabă – căldura și seceta au persistat pe timpul sezonului de creștere. Însă un aspect devine alarmant de clar pentru oamenii de știință: căldura ucide polenul.
Chiar și cu apă adecvată, căldura poate dăuna polenului și poate opri fertilizarea la canola și la multe alte culturi, inclusiv la porumb, arahide și orez. Din acest motiv, mulți fermieri programează înflorirea culturilor înainte de creșterea temperaturilor.
Însă având în vedere că schimbările climatice cresc numărul de zile în care temperaturile trec de 32 de grade Celsius în diferite regiuni de pe glob, iar perioadele de zile cu căldură extremă devin tot mai frecvente, sincronizarea cu momentul adecvat ar putea deveni mai dificilă, dacă nu chiar imposibilă.
Cercetătorii caută moduri de a ajuta polenul să supraviețuiască căldurii. Ei descoperă gene care ar putea creea varietăți mai rezistente la căldură și soiuri care pot supraviețui iernilor și totodată să înflorească înainte de începutul caniculei. Ei testează limitele exacte ale polenului și chiar cultivarea polenului la scară largă pentru a fi stropit direct pe culturi când vremea se îmbunătățește.
Fiecare sămânță, grăunte și fruct pe care îl mâncăm este un produs direct al polenizării
În joc se află mare parte din hrana noastră. Fiecare sămânță, grăunte și fruct pe care îl mâncăm este un produs direct al polenizării.
Crearea semințelor începe când un grăunte de polen părăsește antera organului reproductiv masculin al plantei (stamenul), aterizează pe stigmatul lipicios al organului reproductiv feminin (pistilul) și începe creșterea unui tub. Tubul este format de către o singură celulă care crește în stigmă și printr-o tulpină numită stil până ajunge în cele din urmă la ovar, unde își transportă materialul genetic al grăuntelui de polen.
Creșterea tubului de polen este unul dintre cele mai rapide exemple de creștere celulară în lumea vegetală, spune Mark Westgate, profesor emerit de agronomie la Universitatea Iowa. „Crește cu până la un centimetru pe oră, ceea ce este incredibil de rapid”, afirmă acesta.
32 de grade Celsius – limită peste care polenul se dezintegrează
O creștere la un asemenea ritm necesită energie. Însă la temperaturi ce încep în jurul valorii de 32 de grade Celsius pentru multe culturi proteinele care propulsează metabolismul unui grăunte de polen încep să se descompună, spune Westgate.
De fapt, căldura nu numai că împiedică creșterea tubului de polen dar și alte stadii ale dezvoltării acestuia. Rezultatul este că un grăunte de polen s-ar putea să nu se mai formeze deloc sau s-ar putea dezintegra, eșuează în a produce acel tub care duce materialul genetic sau produce un tub care explodează.
Nu toate soiurile de plante sunt la fel de susceptibile la căldură. Într-adevăr, cercetătorii încă încearcă să deslușească mecanismele moleculare care permit polenului din anumite soiuri de cultură să supraviețuiască în timp ce polenul altora moare.
Spre exemplu, fertilizarea la multe soiuri de tomate este notorie în ceea ce privește sensibilitatea la căldură. Dacă vremea se încălzește prea mult, spune Randall Patterson, președinte al Asociației Crescătorilor de Tomate din Carolina de Nord „polenul va arde”.
Soluții și studii vitale
Patterson sincronizează plantarea răsadurilor pentru a înflori în timpul celei mai lungi perioade de nopți sub 21 de grade Celsius și a zilelor sub 32 de grade Celsius. În mod obișnuit, acesta are la dispoziție o fereastră de trei până la cinci săptămâni în care cooperează vremea pentru fiecare din cele două sezoane anuale de creștere.
Gloria Muday de la Universitatea Wake Forest din Carolina de Nord studiază polenul de la o plantă de roșie mutant care ar putea deține indicii pentru păstrarea acelei ferestre deschise. În 2018, echipa ei a notat că antioxidanții cunoscuți drept flavonoli joacă un rol important în suprimarea moleculelor ce conțin oxigenul foarte reactiv, denumite specii ale oxigenului reactiv, care altfel ar crește la niveluri distructive când temperaturile sunt ridicate.
Cercetătorii de la mai multe universități, inclusiv Muday, vor să descopere mecanismele moleculare și genele implicate care ar putea ajuta la rezistența polenului în timpul valurilor de caniculă. Speranța este ca crescătorii să încorporeze aceste gene în noi roșii mai rezistente.
Datele din studiul ei inițial deja au ajutat-o pe Muday să facă roșii ce produc niveluri mari de flavonoli. „Par că sunt foarte bune la rezistența în fața stresului termic”, spune ea.
În cele din urmă, Muday se așteaptă că vor găsi că acea cale de la căldură la moartea polenului ar putea implica mulți factori dincolo de flavonoli și specii ale oxigenului reactiv și astfel multe potențiale ținte pentru a fi modificate.
Între timp, crescătorii de tomate și de alte culturi lucrează deja la dezvoltarea soiurilor care pot face față mai bine la căldură.
Culturile de fasole uscată, mazăre, linte și năut nu necesită multă umiditate. Însă dacă temperaturile urcă prea mult, polenul dispare.
Unii agricultori au altă strategie – să crească soiuri ce rezistă mai bine la frig. Astfel, culturile care nu necesită multă umiditate, în loc să fie plantate primăvara, în nordul SUA fermierii încearcă semănarea în toamnă pentru a încerca să supraviețuiască iarna și să înflorească mai devreme vara.
Crescătoare de astfel de culturi și genetician al plantelor, Rebecca McGee de la Serviciul de Cercetare Agricolă al Departamentului SUA pentru Agricultură din Pullman, Washington, a oferit producătorilor de semințe o cantitate limitată ale primelor trei soiuri de mazăre semănate toamna și adecvată pentru hrană din regiunea ei. Ea spune că aceasta înflorește cu aproape două săptămâni mai devreme decât majoritatea plantelor de mazăre semănate primăvara și cu o producție aproape dublă.
Și în cazul fructelor polenul are limitele sale de temperatură, fiind probleme depistate la culturile de afine, unde pragul până la care se poate fertiliza planta este de 35 de grade Celsius, notează o cercetătoare de la Universitatea de stat Michigan, Jenna Walters. Multe dintre fructe au fost mai mici decât de obicei sau nu s-au format deloc. În Michigan, unde producția medie era de aproape 45.359 de tone de afine pe an, crescătorii au cules în 2018 doar 29.937 de tone.
„Expunerea de doar câteva ore (la căldură) este de ajuns pentru daune permanente” la polen, spune Walters, după o simulare efectuată de aceasta.
O soluție adoptată de agricultori este să-și folosească periodic sistemele de împrăștiere a apei asupra culturilor pentru a le răci. Însă mulți patogeni se răspândesc prin umiditatea mare sau apă, în special în perioada de înflorire, spune cercetătoarea. Iar când împrăștierea umezelii este pornită, mulți polenizatori sunt descurajați să circule între flori.
Walters studiază și dacă tufișurile de afine supraexpuse la căldură ar putea duce și la diminuarea numărului de polenizatori, precum albinele, în timp.
Flansburg, fermierul din Washington, nu vrea să treacă la alte culturi. El rămâne cu speranța că eforturile de înmulțire îl vor ajuta să continue creșterea plantelor de canola și alte culturi pe care familia sa le-a cultivat timp de generații. Însă, el se îngrijorează privind viitorul. „Există deja o imagine de ansamblu privind schimbările climatice pe care va trebui să o adresăm și să o gestionăm pentru a putea continua hrănirea oamenilor”, spune acesta. „Există pur și simplu o limită a căldurii pe care o plantă o poate suporta”.
