Effekter av beiting og klima på norsk blåbær

  • Blåbær
    Foto
    Henrik Larsson/Shutterstock

I sitt doktorgradsarbeid har Rafael Fonseca Benevenuto undersøkt effektene av klimaendringer på blåbærplantene i Sognefjorden. Resultatene viser at indusert kjemisk forsvar i blåbærplanter forårsaker endringer i plantene, der ressursene omfordeles fra vekst og reproduksjon, til forsvar.

Effekter av beiting og klima på norsk blåbær

Kloden er under press. Et klima i endring forårsaker skift i atmosfæriske temperaturer, nedbørsmønstre, samt snødekke og -fordeling.
– Forskning viser at de største temperaturøkningene mest sannsynlig vil skje på de øvre breddegradene på den nordlige halvkule, sier ph.d.-kandidat Rafael Fonseca Benevenuto.
Med en forventning om betydelige endringer i jord- og lufttemperaturer, kan nordlige skogsøkosystemer være særlig utsatt.

Temperatur og snøsmelting
– Økninger i gjennomsnittlige lufttemperaturer gjennom vekstsesongen vil redusere snødybde og endre timingen av snøsmelting i økosystemene på høye breddegrader.
Dette kan igjen forårsake endringer i planters vekst, reproduksjon og overlevelse.
– Hvordan planter reagerer på endringer i deres miljø, uansett om de er forårsaket av andre organismer eller klimaendringer, er av grunnleggende betydning for vår forståelse av hvordan økosystemer fungerer, sier Benevenuto.

 

Fra Rafael Benevenutos feltarbeid i Kaupanger.

Fra Rafael Benevenutos feltarbeid i Kaupanger.

Foto
Stein Joar Hegland

Vanskelig å spå
Å forutsi hvilken retning disse endringene vil ta er lettere sagt enn gjort. Temperaturøkninger kan svekke planters immunforsvar, og dermed gjøre dem mer utsatt for å bli spist av dyr og fugler.
På den annen side kan stigende temperaturer gjøre plantene mer på «alerten», og dermed resultere i at de bruker mer ressurser på kjemiske forsvar. Alt dette kan bety endringer for mye av det som skjer mellom organismene i den boreale skogen.

Viktig matkilde
– Endringene i planteforsvar hos blåbær kan ha sterke innvirkninger på sårbare systemer på høye breddegrader, både på det biologiske mangfoldet og på selve økosystemets funksjon. Den boreale skogen er et eksempel, kommenterer Benevenuto.
I den boreale skogen er blåbær (Vaccinium myrtillus L.) en essensiell matkilde for mange arter.
– Eventuelle endringer i blåbærplantenes vekst eller reproduksjon kan ha konsekvenser for hele økosystemet.

Kjemisk forsvar
I sin doktorgrad har Benevenuto utforsket blåbærplantas kjemiske forsvarsrespons gjennom interaksjonene mellom planter og planteetere, og plantene seg imellom. Forsvarsmekanismene ble indusert ved sprøyting av blåbærplanter med metyljasmonat, et vanlig plantehormon som blant annet inngår i planteforsvar.
– Metyljasmonat kan sette i gang produksjon av ulike typer forsvarsmidler i planter, forklarer han.
For å kunne si noe om de pågående og fremtidige effektene av klimaendringer har han også undersøkt hvordan de kjemiske responsene påvirkes av miljøets variasjon.

Respons mot planteetere
Benevenutos resultater viste at hans aktivering av blåbærplantenes kjemiske forsvar resulterte i redusert vekst og mindre beiting.
– Dette antyder en rask og effektiv omfordeling av ressurser fra vekst til forsvar i løpet av den første vekstsesongen etter behandling med plantehormonet metyljasmonat.

Flerårig effekt
Plantenes forsvarsrespons varierte i styrke, og fortsatte i de påfølgende årene.
– Det var en flerårig effekt, sier Benevenuto.
De plantene som var kjemisk behandlet opplevde betydelig mindre insektbeiting de to påfølgende år, sammenliknet med ubehandlede artsfeller. Det induserte forsvaret hadde en forsinket respons, og de sterkeste effektene oppstod ett og to år etter utført behandling.

Foto av blåbærplante fra Rafael Benevenutos studieområde i Kaupanger, Norge.

Foto av blåbærplante fra Rafael Benevenutos studieområde i Kaupanger, Norge.

Foto
Rafael Benevenuto

Varsler naboene
Behandlingen med antibeitestoff resulterte i kjemisk kommunikasjon mellom behandlede planter og deres ubehandlede naboer.
– Det var langdistanseoverføring av kjemiske signaler mellom behandlede rameter og dets ubehandlede naboer på avstander mellom ti centimeter og opp til fem meter.
Dette er i tråd med tidligere studier hvor over- og underjordisk signalisering aktiverer naboplantenes kjemiske forsvarsverk, og reduserer beitingen.
– Den forhøyede motstanden mot beiting som ble funnet hos ubehandlede naboplanter varte i flere vekstsesonger, selv om dette varierte i tid og rom.
Benevenuto fant også at effektene på de ubehandlede naboene var flerårige, og den kraftigste effekten var forsinket. Den sterkeste motstanden mot plantelevende insekter ble registrert ett år etter behandlingen.

Genetiske endringer
Benevenuto gjennomførte også en RNA-sekvenseringsstudie for å forstå de molekylære mekanismene bak blåbærplantas respons mot beiting. Han fant betydelige endringer i transkripsjon.
– Det var re-allokering av ressurser fra vekst, utvikling og reproduksjon, til kjemisk forsvar, sier han.

Omfordeling av ressurser ved forsvar
De undersøkte blåbærplanter syntetiserte en rekke fenolforbindelser, fra lignin til mer komplekse flavonoider, med sikte på å forstyrre fordøyelsen og smak for potensielle plantelevende dyr. Aktiveringen av forsvarsrelaterte veier virket kostbar for plantene.
– Det var betydelig nedregulering av viktige gener som er involvert i primær metabolisme, for eksempel de som er forbundet med fotosyntese, døgnrytme, karbohydrat- og nitrogenmetabolisme. Det skyldes antagelig en optimalisering av fordelingen av ressurser mot forsvar.

Blåbærplante og datalogger som måler temperatur og fuktighet.

Blåbærplante og datalogger som måler temperatur og fuktighet.

Foto
Rafael Benevenuto

Flere ressurser, sterkere forsvar
Benevenuto har også testet om tildelingen av ressurser fra vekst og reproduksjon, til forsvar i kjemisk behandlede blåbærplanter ble påvirket av variasjon i klima langs en høgdegradient fra 100 til 900 moh, både på økologisk og molekylært nivå.
Han fant at plantenes forsvar varierte med de klimatiske forholdene. Det induserte forsvaret var sterkt aktivert i planter som vokser i gunstig klima, hvor forholdene enten var kategorisert som optimale eller suboptimale.
– Dette tyder på at disse plantene har mer ressurser til å investere i forsvar mot plantelevende angrep, sammenlignet med mer planter som vokser i tregrensa, hvor forholdene er kaldere og det er mindre ressurser tilgjengelig.

Harde forhold
Benevenutos funn tyder på at blåbærplanter som vokser i mindre optimale områder i høyden er i en konstant form for alarmberedskap. Han sier videre at dette kan skyldes ressursbegrensende og stressende miljøforhold.
– I disse områdene er det lite tilgjengelige næringsstoffer, lave gjennomsnittstemperaturer, sen snøsmelting, kort vekstsesong, samt lavere beitetrykk i subalpine habitater i den boreale skogen, sier han.

Høyde påvirker omfanget av kommunikasjon
Variasjon i høyde påvirket blåbærplantenes forsvarsevne. Planter fra varmere og lavere høyder var mer vare overfor induserte forsvarsmekanismer når det gjelder interaksjoner mellom planter og planteetere, og plantene seg imellom. Dette resulterte igjen i redusert vekst og reproduksjon. Effektene fortsatte også over flere år. Omvendt, høyere opp, der temperaturen er lavere og vekstsesongen er kortere, var det bare de behandlede plantene og de mest nærliggende naboene som viste redusert beiting og fruktsett. Effekten var også kortvarig.

Fremtidige endringer
Forskjellene mellom blåbærplanter i låglandet og mot fjellet tyder på at det fremtidige boreale systemet kan endre seg.
– Fordi plantene har forskjellig respons, kan klimaendringer iverksette ny økologisk og koevolusjonær dynamikk, forklarer Benevenuto.
Hvis planter fra lavere høyder migrerer lenger opp, må de tilpasse seg nye miljøer. Det vil for eksempel være et mindre artsmangfold, konkurranse og lavere beitetrykk, men også et tøffere miljø og mindre tilgjengelige ressurser.
Han forklarer at utbredelsen av «høy-forsvarte planter» i subalpine soner kan påvirke populasjonsdynamikkene til plantelevende dyr, ved å begrense bestandssyklene deres grunnet av høyere nivåer av antibeitestoffer i vekstsesongen.
– Klimaendringer kan påvirke forholdet mellom planter og plantelevende dyr ved å endre de kjemiske signalene mellom planter. Dette kan forårsake økologiske skift i fremtiden, avslutter han.

 

Benevenuto forsvarer avhandlingen sin "Effekter av beiting og klima på planteforsvar: en studie med økologiske og molekylære metoder" den 10. mai, 2019. 

Published 7. mai 2019 - 11:06 - Updated 7. mai 2019 - 13:43