Zoals atmosferisch methaan en koolstofdioxide, ozon op leefniveau is in opkomst. Maar ozon, een schadelijk chemisch bijproduct van de verbranding van fossiele brandstoffen, heeft relatief weinig aandacht gekregen als een potentiële bedreiging voor de maïslandbouw.

Een nieuwe studie begint dit verval aan te pakken door een genetisch diverse groep maïsplanten in het veld bloot te stellen aan toekomstige ozonniveaus. De studie, gerapporteerd in het journaal Global Change Biologie , ontdekte dat sommige leden van de maïsstamboom gevoeliger zijn dan andere om verliezen op te leveren onder hoge ozonluchtvervuiling. Het ontdekken van de genetische onderbouwing van die verschillen kan plantwetenschappers helpen om ozonbestendige maïs te ontwikkelen, aldus de onderzoekers.

"Ozon komt planten binnen op dezelfde manier als koolstofdioxide:het diffundeert vanuit de atmosfeer in het blad, " zei Lisa Ainsworth, een wetenschapper van het Amerikaanse ministerie van landbouw die het onderzoek leidde met Andrew Leakey, professor in plantbiologie van de Universiteit van Illinois; moleculaire genetica en microbiologie professor Lauren McIntyre van de Universiteit van Florida; en Universiteit van Californië, Davis professor in plantenwetenschappen Patrick Brown. Ainsworth en Leakey zijn filialen van het Carl R. Woese Institute for Genomic Biology en de afdeling gewaswetenschappen in Illinois.

Kooldioxide is een voedingsstof voor planten, zei Ainsworth. "Alle koolstof die in het graan terechtkomt, komt eerst door het blad, " zei ze. Maar ozon is een zeer reactief molecuul dat biologische weefsels beschadigt en de fotosynthetische koolstofopname in plantenbladeren schaadt.

"In principe, ozon versnelt de veroudering van het blad, ' zei Leakey.

Zelfs achtergrondniveaus van ozon richten schade aan, zei Ainsworth. "Ons onderzoek suggereert dat de huidige ozonniveaus de maïsopbrengst met maar liefst 10% verlagen, "zei ze. "Dat is net zoveel als droogte of overstromingen of een enkele plaag of ziekte, maar dit is een relatief onbestudeerd onderdeel van opbrengstverlies in de VS."

De onderzoekers gebruikten de Free Air Concentration Enrichment-faciliteit aan de U. of I. om de echte gevolgen van hogere atmosferische ozonniveaus in een landbouwgebied te volgen. De FACE-faciliteit maakt gebruik van een geavanceerd emissiesysteem dat de windrichting en -snelheid bewaakt om een ​​veld te doseren met specifieke niveaus van een verscheidenheid aan gassen, inclusief ozon.

"Het niveau waarnaar we in deze studie ontsmetten, is een niveau dat tegenwoordig vaak wordt aangetroffen in China en India, "Zei Ainsworth. "Dus, het is niet overdreven hoog, ook al gebruiken we een concentratie die 2 1/2 keer het niveau van achtergrondozon is in centraal Illinois."

De onderzoekers plantten 45 hybride maïsplanten die alle belangrijke soorten maïs vertegenwoordigen:popcorn, bezem maïs, deuk, flint en anderen - om te zoeken naar variatie in hun reacties op hoge ozonniveaus. Ze ontdekten dat sommige hybriden gevoeliger waren voor ozonstress dan andere.

"We vonden twee maïslijnen waarvan de nakomelingen gevoeliger waren voor ozonvervuiling, ongeacht met welke andere maïssoorten we ze hebben gekweekt, " Zei Leakey. "Hun genetische tekortkomingen manifesteerden zich op verschillende manieren bij blootstelling aan de hoge ozonomstandigheden."

De genetica van commerciële maïs is een handelsgeheim, dus "we weten niet of deze maïsvariëteiten dezelfde achilleshiel hebben, " Zei Leakey. "Kwekers zouden niets weten van deze verschillen, omdat ze niet zichtbaar zijn onder omstandigheden met schone lucht."

Er zullen meer genetische analyses en meer experimenten nodig zijn, zoals die in de FACE-faciliteit worden uitgevoerd om te bepalen hoe de planten van vandaag zullen reageren op toekomstige omstandigheden, zei Leaky.

"Het is belangrijk om te begrijpen hoe planten zullen reageren op klimaatverandering voordat het klimaat verandert, " zei hij. "Dat is de enige manier waarop we de oplossingen kunnen vinden die in de toekomst nodig zullen zijn."