去年6月，亚伦·弗朗斯堡（Aaron Flansburg）感到温度飙升，并知道这对他的低芥酸菜籽作物意味着什么。弗朗斯堡华盛顿州的第五代种植者在初夏的凉爽几周内盛开了他的低芥酸菜籽种植。但是去年，他的田野被花开了108度的华氏高温。他说：“对于我们地区的温度在6月的温度几乎是闻所未闻的。”
黄色的花朵闷热，繁殖停滞不前，许多从未形成的菜籽油压力的种子。弗朗斯堡每英亩产量约600至800磅。前一年，在理想的天气条件下，他达到了高达2,700。
许多因素可能导致这种收获不佳 - 在整个生长季节中，热量和干旱持续存在。但是对科学家来说，有一个点变得令人震惊：热是花粉杀手。即使有足够的水，热也会损害花粉并防止受精菜籽还有许多其他农作物，包括玉米，，，，花生， 和白饭。
因此，许多种植者的目标是在温度升高之前盛开。但是，随着气候变化的增加，全球地区的90度以上的天数和多天的极端热量变得更加普遍，即使不是不可能，正确的时机可能会变得具有挑战性。
在90度左右，为花粉谷物的新陈代谢供电的蛋白质开始分解。
面对温暖的未来，研究人员正在寻找帮助花粉击败热量的方法。它们正在发现可能导致更耐热的品种和繁殖品种，这些品种可以在冬季生存，并在热打击前生存。他们正在探测花粉的确切极限，甚至在大尺度上收集花粉，直到天气改善时直接喷到农作物上。
我们的饮食危险很大。北卡罗来纳州维克森林大学的生物化学家Gloria Muday解释说，我们吃的每种种子，谷物和水果都是授粉的直接产物。她说：“关键参数是繁殖过程中的最高温度。”
当花粉谷物离开植物的雄性生殖器官（雄蕊）的花药时，种子的创造就开始了，降落在女性生殖器官（雌蕊）的粘性污名上，并着手生长管。该管由一个单个细胞形成，该单元在污名上生长并沿着一种称为该样式的茎向下形成，直到最终到达卵巢，在那里它提供了花粉谷物的遗传材料。爱荷华州立大学农艺学名誉教授马克·韦斯特盖特（Mark Westgate）说，花粉管的生长是整个植物世界中细胞生长最快的例子之一。他说：“它长达一厘米一个小时，这非常快。”
在这样的夹子上生长需要能量。韦斯特盖特说，但是，在许多农作物开始的温度大约为90度左右时，为花粉谷物的代谢供电的蛋白质开始崩溃。
通过显微镜观察的百合花粉颗粒生长。Agefotostock / Alamy股票照片
实际上，热阻尼不仅是管的生长，而且其他阶段花粉发育也是如此。结果：花粉谷物可能永远不会形成或破裂，无法产生管子或产生爆炸的管。
并非所有品种同样容易受到热量。确实，研究人员仍在研究允许某些作物品种的花粉生存的分子机制，而其他人的花粉则死了。
例如，众所周知，在许多番茄品种中，受精是热敏感的 - 2021年的作物覆盖了274,000英亩仅在美国的开放田地。北卡罗来纳州番茄种植者协会主席兰德尔·帕特森（Randall Patterson）说，如果天气太热了，“花粉将燃烧。”帕特森（Patterson）在最长的70度低于70度和90天以下的夜晚时，他的番茄植物会开花。通常，他有一个三到五周的窗户，在这个窗口中，天气为他的两个年度生长季节中的每个季节都合作。他说：“如果它确实变得更热，如果我们确实有更多的夜晚，那么这将关闭我们的窗户。”
Muday研究了突变番茄植物的花粉，该花粉可能带有线索，以保持该窗户的打开状态。在2018年，她的团队报告这种称为黄酮醇的抗氧化剂在抑制称为ROS的分子中起着重要作用，否则在高温下会增加破坏性水平。
在密歇根州的五月升温之后，许多蓝莓比平时小，或者未能完全形成。
借助国家科学基金会的资助，Muday现在是一个多元大学团队的一部分，旨在揭示可以帮助番茄花粉天气的分子机制和潜在基因。希望繁殖者可以将这些基因纳入新的，更弹性的西红柿中。
她最初的研究中的见解已经帮助Muday开发了一种番茄，该番茄特别产生了高水平的黄酮醇。她说：“他们似乎擅长应对高温压力。”最终，Muday希望他们会发现，从热量到花粉死亡的道路涉及黄酮和ROS以外的许多玩家，因此可能有许多固定目标。
同时，育种者番茄其他农作物已经在努力开发可以更好地处理热量的品种。“如果太平洋西北地区或山脉或高原上的农民将种植豌豆，气候将变得更加温暖，那么我们必须拥有更大的耐热性豌豆，”脉搏作物育种者和植物华盛顿州普尔曼市USDA农业研究服务局的遗传学家丽贝卡·麦吉（Rebecca McGee）。
脉搏作物 - 因此以拉丁语命名“脉冲”意思是浓汤 - 包括干豆，豌豆，小扁豆和鹰嘴豆。这些植物不需要大量水分。但是，如果温度太热，花粉逐渐消失，美国干豌豆和扁豆理事会研究副总裁托德·舒尔茨（Todd Scholz）说。去年弗朗斯堡的作物撞击的同一波热浪也削弱了脉搏植物。小扁豆和干豌豆收获量降至平均产量的一半，而鹰嘴豆则下降了60％以上。
突变番茄植物为产生更多耐热花粉提供了线索。Gloria Muday
麦吉（McGee）正在繁殖她的一些豌豆和小扁豆，使其对高温更具弹性。但是，随着其他项目，她采取了一种不同的违反直觉方法：可以承受寒冷的繁殖作物。
在美国北部，种植者通常在春季种植脉搏作物。McGee正在繁殖豌豆，小扁豆和鹰嘴豆，而是在秋天播种。这个想法是，这些品种将在冬天生存，然后在夏季初开花，这使他们有机会在热浪之前成功地授粉。
去年，麦吉（McGee）向种子生产商释放了她所在地区的前三个秋季饮食品质品种的有限数量。她说，他们比大多数春天的豌豆早两个星期开花，并且产量是两倍。当然，这些农作物不能在高温到来之前开花，麦吉说：“但是您不必担心太多。”
在密歇根州立大学，珍娜·沃尔特斯（Jenna Walters）正在研究水果作物中温度如何影响花粉和传粉媒介。在2018年的阵亡将士纪念日周末，密歇根州西南部的温度徘徊在95度，而蜜蜂在蓝莓灌木丛上的精美白色花朵群之间嗡嗡作响。收获，许多水果比平时小，或者未能完全形成。在平均每年约1亿磅的蓝莓的状态下，种植者收获了6600万。
沃尔特斯（Walters）是一名候选昆虫学和生态学，进化和行为双重学位的候选人 - 正在研究究竟出了什么问题。她首先指出了蓝莓花粉谷物的热度限制 - 将培养皿中的花粉暴露于一系列温度下，并监测花粉24小时。她的结果尚未发表，表明在高于95度的温度下，花粉管未能增长。
沃尔特斯还通过将花粉颗粒暴露于99.5度的热量四个小时，然后将温度降低到77度，持续20小时，从而模拟了急性热浪。沃尔特斯说：“基本上没有回报。”“ [热]仅四个小时的暴露就足以导致永久损害。”
一位农民说：“如果我们要继续养活人们，我们将不得不处理[气候变化]。”
现在，她在生长室中的实际蓝莓灌木丛中证实了这些结果，设置为不同的温度。她说，如果发现结果成立，则95度可以触发种植者定期将其雾化系统翻转为冷却场。但是种植者必须考虑权衡。她说：“许多病原体都是通过高湿度或水传播的，尤其是在开放的时期。”而且，当雾化机启动时，大多数传粉媒介不太可能参观。
沃尔特斯说，随着时间的流逝，过热的蓝莓灌木丛可能会导致蓝莓传粉媒介的较少。她和她的同事正在比较热压力和无压力花粉的营养含量，寻找蛋白质，碳水化合物的差异以及其他可能对蜜蜂健康至关重要的因素。
今年，她将填充八个6 x 12英尺的网状墙笼，每个笼子里有二十多个盆栽蓝莓灌木丛，还有几个雌性蓝果园蜜蜂 - 众多粉状蓝莓花的蜜蜂之一。For four hours a day, over the course of four or five weeks, she’ll sit inside her cages and watch the bees lay eggs and forage for pollen on bushes that, in half of the cages, had been exposed to heat stress early in their bloom.
沃尔特斯说，关注的是，如果热量正在破坏花粉，营养压力会导致女性产生更多的雄性卵，而雄性卵需要较少的花粉产生。但是雄性蓝果园蜜蜂对蓝莓种植者的用处不太有用，因为只有雌性授粉并产卵才能开始下一代。沃尔特斯说，为了补偿花粉损失，种植者可能会考虑种植更耐热的野花，并可能为传粉媒介提供额外的营养。
蓝果园蜜蜂拜访了蓝莓花。珍娜·沃尔特斯（Jenna Walters）
然后是技术。爱荷华州的马克·韦斯特盖特（Mark Westgate）是Powerpollen这是一家总部位于爱荷华州的AG科技公司，重点是改善杂化玉米种子生产商的授粉，这是一种在104度以上的温度下花粉失败的农作物。
该公司使用拖拉机上的流苏收集设备，在田野中收集大量成熟的花粉，然后在受控的环境中存储那些活花粉的花粉。当天气条件有利于受精时，Powerpollen会返回该花粉 - 通常不迟于收集后五天。窗户听起来很小，但它可以使农民能够躲避特别炎热的一天。该公司正在努力延长这一时间范围，并将其技术应用于其他农作物。
对于某些人来说，更简单的解决方案可能是完全切换作物。“在热带气候中有一些脉冲，因此您可能会选择其他品种，”干豌豆和小扁豆理事会的Scholz说。但是，他指出，有些豆类（例如，法瓦豆和黑眼豌豆）比太平洋西北地区的旱地农民需要更多的水分。
华盛顿的弗朗斯堡不想切换。他仍然希望繁殖努力将帮助他继续种植低芥酸菜籽和他的家人几代人种植的其他农作物。尽管如此，他还是担心未来。他说：“如果我们将能够继续养活人们，我们将不得不解决气候变化的总体情况。”“只有植物可以服用多少热量的限制。”
这个故事是与食品与环境报告网络，一个非营利的调查新闻机构。
