Группа американских ученых из Университета Мичигана в своей статье, опубликованной на портале MDPI, напоминает, что изменение климата сильно повлияло на агрономию.
Климатические прогнозы на ближайшие годы предсказывают повышение глобальной температуры, концентраций углекислого газа и экстремальных погодных явлений. Эти изменения будут и дальше влиять на сельскохозяйственное производство, изменяя абиотический стресс для растений, в том числе сельскохозяйственных культур и сорняков.
В то время как глобальное потепление губительно для исчезающих видов, обитающих в узкой нише, для суперсорняков ситуация складывается отнюдь не так страшно.
Наоборот, нарушения, вызванные изменением климата, могут использоваться вредителями для потенциального расширения их ареала и экологической ниши. Вероятность такого сценария особенно велика, если на полях будут сорта сельскохозяйственных культур, оптимизированные для предыдущего климатического режима, не адаптированные к новым условиям выращивания и менее конкурентоспособные.
В отличие от культурных растений, сорняки обладают отличной адаптивностью и способны противостоять множеству стрессовых факторов, включая засуху, заболачивание, повышенную температуру и повышенный уровень CO 2.
Кохия (Bassia scoparia (L.) AJ Scott) - диплоидный вид сорняков и принадлежит к семейству Chenopodiaceae.
Родом из Восточной Европы и Азии, кохия в настоящее время является одним из наиболее распространенных видов сорняков на Великих равнинах Северной Америки, конкурируя с важными продовольственными культурами (сахарной свеклой, кукурузой и др). Отлично чувствует себя в засушливом и полузасушливом климате, вторгаясь во множество сред, включая пахотные земли, пастбища, сады, обочины дорог и почти любую нарушенную почву.
Заражение кохией распространяется по широте от Мексики до Канады и в настоящее время присутствует в 43 из смежных Соединенных Штатов.
Этот сорняк обладает физиологическими особенностями, которые обеспечат ему защиту и процветание при изменении климата.
В частности, естественная устойчивость к абиотическому стрессу кохии тесно связана с устойчивостью к гербицидам.
Агрессивное вторжение
Прогнозируется, что средняя глобальная температура будет продолжать расти в течение 21 века с соответствующим увеличением частоты, продолжительности и величины экстремальных явлений.
Повышение температуры может сильно повлиять на рост и фенологию растений, при этом многие виды растений способны переносить более высокие температуры на стадиях вегетативного роста, но не на стадиях репродуктивного роста.
Сообщества между культурами и сорняками смещаются при разных температурах из-за факторов агроэкосистемы и физиологических свойств сорняков.
При повышении температуры сроки посадки сельскохозяйственных культур, как правило, сдвигаются в сторону ранней весны в зависимости от весенних осадков.
Сообщества сорняков также будут меняться с более ранними сроками посадки. Кроме того, поскольку время прорастания семян зависит от температуры, повышение температуры ранней весной может привести к сдвигам в появлении сорняков и общей фенологии, такой как высота растений, ветвление, появление листьев и т. д..
Для кохии идентифицированы различные популяционно-специфические модели прорастания (например, скорость и время появления всходов).
Расширение ареала уже зарегистрировано во многих регионах Северной Америки.
Исследования в Канаде показали, что за последние 40 лет вегетационный период без заморозков увеличился на четыре дня. То, что кажется относительно небольшим увеличением вегетационного периода, совпало с первыми сообщениями о вторжении кохии в более северные регионы Канады (Манитоба, Саскачеван и Альберта).
Более конкретно, климатические модели прогнозируют, что ареал кохии в Соединенных Штатах будет расширяться на восток, в регионы Среднего Запада и Атлантики с повышением температуры на 1–3 ° C.
Хотя прогнозируется повышение средних глобальных температур, в некоторых районах участятся внезапные заморозки.
Несмотря на то, что кохия относится к категории C4 (очень засухоустойчива), она еще и чрезвычайно морозоустойчива и с легкостью справляется с внезапными заморозками ранней весной на высокогорных равнинах.
Кохия - один из первых сорняков в сезоне, часто прорастающий под снегом.
Ожидается, что холодостойкая кохия будет мигрировать и расширять свой ареал на север, потому что повышение глобальной температуры приведет к уменьшению размеров холодного региона в сторону полярных областей.
Следствием повышенного содержания CO 2 является возможность увеличения толерантности к глифосату у некоторых видов сорняков. Этот сдвиг в толерантности к глифосату был продемонстрирован для растений категории C4, таких как кохия. Физиологические причины этого сдвига в толерантности к глифосату, по-видимому, многогранны и связаны с биохимическими, физиологическими и морфологическими свойствами сорняка.
В то время как изменения температуры и концентрации CO 2 относительно легко прогнозировать, изменения в характере, интенсивности и распределении осадков более неопределенны.
По прогнозам, большая часть общего количества осадков, например, в США будет выпадать в мае и июне, и меньше в течение вегетационного периода, когда это наиболее критично.
Связь между эффективностью водопользования и фиксацией CO 2 означает, что засушливые условия в течение вегетационного периода будут иметь сильное влияние на первичную продуктивность для культур, но не для кохии - подобно многим своим родственникам из семейства Chenopodiaceae, она довольно устойчива к засухе - ей требуется всего 15 см осадков в год - и растет даже на сильно щелочных почвах.
В борьбе с кохией применялись гербициды лишь несколько способов действия, поэтому давление отбора на устойчивость к этим соединениям стало высоким.
На сегодня идентифицированы популяции кохий с устойчивостью к ингибиторам фотосистемы II, ингибиторам ацетолактатсинтазы, синтетическим ауксинам и глифосату.
Первым случаем устойчивости кохии к гербициду был атразин (ингибитор ФСII) в 1976 году.
С тех пор интенсивное применение гербицидов привело к увеличению числа устойчивых к агрохимии популяций кохии, зарегистрированных на большей части территории Северной Америки.
Хуже того, обнаружена популяция кохии с множественной устойчивостью ко всем четырем механизмам действия гербицидов, перечисленным выше.
Выводы
Глобальное изменение климата бросит вызов всем видам растений; однако сорные виды приспособлены лучше других.
Множество адаптивных признаков у сорняков, которые делают их сильными конкурентами для сельхозкультур, совпадают с признаками, которые помогут им преодолеть изменение климата. Популяции сорняков велики и обладают невероятным генетическим разнообразием. Поскольку виды, не являющиеся сорняками, вынуждены мигрировать или вымирать из-за изменения климата, в дестабилизированной экосистеме для сорняков освободятся новые ресурсы.
Кохия – это олицетворение грядущего и повод задуматься. Она обладает рядом признаков устойчивости к абиотическому стрессу, крупным размером популяции и географическим распределением, высоким уровнем генетического разнообразия и способностью распространять новые аллели на большие расстояния.
Исследователи уже задокументировали распространение кохии на север вглубь Канады, и это расширение вряд ли остановится в ближайшее время, тем более что мы теряем способность химически контролировать сорняк с помощью обычных гербицидов из-за эволюции устойчивости к гербицидам.
Понимание свойств, позволяющих сорнякам, таким как кохия, быть успешными, необходима для поиска эффективных инструментов борьбы. Прогнозы того, как изменение климата повлияет на рост популяции сорняков, имеет жизненно важное значение для подготовки к будущему.
