Liksom atmosfärisk metan och koldioxid, Marknära ozon ökar. Men ozon, en skadlig kemisk biprodukt av förbränning av fossila bränslen, har fått relativt lite uppmärksamhet som ett potentiellt hot mot majsodlingen.

En ny studie börjar ta itu med detta förfall genom att exponera en genetiskt mångfaldig grupp majsväxter i fältet för framtida ozonnivåer. Studien, redovisas i tidskriften Global förändringsbiologi , fann att vissa medlemmar av majssläktträdet är mer mottagliga än andra för att ge förluster under höga ozonföroreningar. Att upptäcka den genetiska grunden för dessa skillnader kan hjälpa växtforskare att utveckla ozonresistent majs, sa forskarna.

"Ozon kommer in i växter på samma sätt som koldioxid gör:det diffunderar från atmosfären till bladet, sa Lisa Ainsworth, en forskare från det amerikanska jordbruksdepartementet som ledde forskningen tillsammans med professorn Andrew Leakey i växtbiologi vid University of Illinois; University of Florida molekylär genetik och mikrobiologi professor Lauren McIntyre; och University of California, Davis växtvetenskap professor Patrick Brown. Ainsworth och Leakey är dotterbolag till Carl R. Woese Institute for Genomic Biology och avdelningen för växtvetenskaper i Illinois.

Koldioxid är ett näringsämne för växter, sa Ainsworth. "Allt kol som hamnar i säden kommer först genom bladet, " sa hon. Men ozon är en mycket reaktiv molekyl som skadar biologiska vävnader och försämrar fotosyntetisk kolavskiljning i växtblad.

"I grund och botten, ozon påskyndar åldrandet av bladet, " sa Leakey.

Även bakgrundsnivåer av ozon gör viss skada, sa Ainsworth. "Vår forskning tyder på att nuvarande ozonnivåer minskar majsskördarna med så mycket som 10%, " sa hon. "Det är lika mycket som torka eller översvämningar eller någon enskild skadedjur eller sjukdom, men detta är en relativt ostuderad del av avkastningsförlusten i USA."

Forskarna använde Free Air Concentration Enrichment-anläggningen vid U. of I. för att spåra de verkliga konsekvenserna av högre atmosfäriska ozonnivåer i ett jordbruksfält. FACE-anläggningen använder ett sofistikerat utsläppssystem som övervakar vindriktning och hastighet för att dosera ett fält med specifika nivåer av en mängd olika gaser, inklusive ozon.

"Nivån som vi gasar till i den här studien är en nivå som är vanligt förekommande idag i Kina och Indien, " sa Ainsworth. "Så, det är inte överdrivet högt, även om vi använder en koncentration som är 2 1/2 gånger nivån av bakgrundsozon i centrala Illinois."

Forskarna planterade 45 hybridmajsväxter som representerade alla huvudsorter av majs - popcorn, kvast majs, buckla, flinta och andra – att leta efter variation i deras reaktioner på höga ozonnivåer. De fann att vissa hybrider var mer känsliga för ozonpåfrestning än andra.

"Vi hittade två majslinjer vars avkomma var känsligare för ozonföroreningar, oavsett vilka andra majssorter vi förädlade dem med, Leakey sa. "Deras genetiska brister manifesterade sig på olika sätt när de exponerades för de höga ozonförhållandena."

Genetiken hos kommersiell majs är en affärshemlighet, så "vi vet inte om dessa majssorter har samma akilleshäl, Leakey sa. "Uppfödare skulle inte veta om dessa skillnader eftersom de inte är uppenbara under ren luft."

Mer genetisk analys och fler experiment som de som utförs vid FACE-anläggningen kommer att behövas för att avgöra hur dagens växter kommer att reagera på framtida förhållanden, sa Leakey.

"Det är viktigt att förstå hur växter kommer att reagera på klimatförändringarna innan klimatförändringarna, ", sa han. "Det är det enda sättet vi kan hitta de lösningar som kommer att behövas i framtiden."