Восстановление «иммунной системы» сельскохозяйственных культур в условиях изменения климата: новейшее исследование команды профессора Дуана из Нанкинского сельскохозяйственного университета получило премию Bioland SCI за лучшую научную статью!

В условиях усиления глобального изменения климата и продолжающегося роста концентрации CO₂ в атмосфере сельскохозяйственное производство сталкивается с беспрецедентными проблемами. Условия выращивания культур, закономерности распространения вредителей и взаимодействие между культурами и насекомыми претерпевают глубокие изменения. На этом фоне важным направлением исследований в области защиты растений стало повышение защитных возможностей самих культур и создание экологически чистой и устойчивой системы борьбы с вредителями и болезнями.

Недавно команда профессора Дуана из Колледжа защиты растений Нанкинского сельскохозяйственного университета опубликовала результаты своих последних исследований в авторитетном международном журнале Plant, Cell & Environment. Экзогенные ингибиторы повышают устойчивость растений к рисовой цикадке за счет усиления фенилпропаноидного пути в условиях повышенной концентрации CO₂.Данное исследование систематически раскрывает молекулярный механизм повышения устойчивости риса к бурой цикадке путем регулирования метаболического пути фенилпропаноидов в условиях повышенной концентрации CO₂, предоставляя важную научную основу для решения проблем, связанных с будущими изменениями климата.

🏆 Результаты этого исследования получили награду Премия Bioland SCI за лучшую научную статьюв полной мере демонстрируя свою академическую ценность и перспективы применения.

01 Основные результаты исследования

Предыстория исследования | Проблемы с вредителями и болезнями «усугубляются» в эпоху высоких концентраций CO₂.

В последние годы концентрация CO₂ в атмосфере выросла с 280 ppm до промышленной революции до более чем 420 ppm, и ожидается, что к концу этого столетия она превысит 700 ppm. Многочисленные исследования показали, что:
🌿 Высокая концентрация CO₂ может способствовать фотосинтезу сельскохозяйственных культур.
⚖ В то же время это приводит к дисбалансу в соотношении углерода и азота.
🐜 Увеличивается количество пищи, потребляемой сосущими насекомыми-вредителями (такими как бурые цикадки).
❗ Вместо этого снижается устойчивость сельскохозяйственных культур к насекомым.

Особенно в система рисово-коричневых цикадокПри высоких концентрациях CO₂ ущерб значительно возрос, что серьезно угрожает продовольственной безопасности.

👉 Это означает, что традиционная логика профилактики и контроля больше не может адаптироваться к будущим условиям ведения сельского хозяйства, и мы должны начать с защитного механизма самих культур.

Идея исследования | От "ингибирования ферментов" к восстановлению системы защиты растений

Команда профессора Дуана сосредоточила свои исследования на ключевом метаболическом пути растений — фенилпропаноидном пути. Этот путь является важным источником для синтеза растениями различных защитных веществ, в том числе:
• Фенольные кислоты
• Лигнин
• Флавоноиды
• Антиоксиданты

Исследовательская группа новаторски представила два ингибитора на основе малых молекул:

👉 Путем «ингибирования ключевых ферментов → изменения направления метаболизма» команда исследователей заставила растения синтезировать больше веществ, обладающих устойчивостью к насекомым.

Основной вывод 1 | Реакция системы обороны значительно усиливается при высокой концентрации CO₂

В ходе исследования были созданы два условия в смоделированной среде:
🌿 Нормальный уровень CO₂ (400 ppm)
🌿 Повышенная концентрация CO₂ (800 ppm)

Результаты показали, что:
✅ В условиях высокой концентрации CO₂
✅ После лечения препаратами PA и MDCA
✅ Защитная реакция риса значительно усилилась.

Проявляется в виде:
• Накопление большого количества активных форм кислорода (АФК).
• Быстрая активация сигналов защиты
• «Усиленная активация» метаболических путей, обеспечивающих устойчивость к насекомым

Это указывает на то, что высокая концентрация CO₂ не просто «ослабляет сопротивление»; вместо этого её можно превратить в защитное преимущество посредством разумного регулирования.

Основной вывод 2 | Значительно увеличилось количество ключевых веществ, обеспечивающих устойчивость к насекомым

В ходе исследования также были обнаружены различные фенольные кислоты, обладающие способностью вызывать устойчивость к насекомым, и установлено, что их уровень значительно повысился после обработки:
• Ванилиновая кислота
• Галловая кислота
• Протокатеховая кислота
• Пирокатеховая кислота

📈 В условиях высокой концентрации CO₂ увеличение содержания указанных веществ было особенно заметным.

Доказано, что эти вещества:
• Обладают сильным антифидантным эффектом
• Подавляет пищевое поведение бурых цикадок
• Значительно снижают их шансы на выживание

👉 Они являются ключевыми членами «естественной системы защиты» риса.

Основной вывод 3 | Построение полной цепочки доказательств от поведения до молекул

Данное исследование не ограничивается «уровнем явлений», но и строит полноценную многоуровневую систему верификации:
🔬На поведенческом уровне: Электропенетрография (ЭПГ) показала, что время кормления бурых цикадок значительно сократилось.
🧬Физиологический уровень: значительно повысилась активность АФК и ПАЛ, а также усилилась экспрессия генов защиты.
🧪Биохимический уровень: Активность ферментов детоксикации вредителей была повышена, что указывает на явный физиологический стресс.
🧠На молекулярном уровне: Молекулярный докинг подтвердил, что фенольные кислоты могут напрямую воздействовать на ключевые ферменты детоксикации вредителей.

👉 Многомерные данные в совокупности доказывают, что этот защитный механизм реален, стабилен и воспроизводим.

За научными достижениями стоит успех, выгодный как для команды, так и для бренда.
• Нанкинский сельскохозяйственный университет, профессор Дуань
• Использованный продукт: 96-луночный планшет (кат. №: PCR001-96)
• Статья отправлена ​​в редакцию: Растения, клетки и окружающая среда
• Импакт-фактор: IF = 6.3
• Получена награда: Подарочная карта JD.com на 1000 динаров