Ymchwil IBERS yn helpu cnydau i wrthsefyll tywydd eithafol

 

Wrth i’r newid yn yr hinsawdd gyflymu, mae digwyddiadau tywydd eithafol fel llifogydd yn dod yn fwyfwy anrhagweladwy a niweidiol. Mae’r pwysau amgylcheddol hyn yn bygwth diogeledd bwyd, bywoliaeth ffermwyr, a chynaliadwyedd systemau amaethyddol ledled y byd. Yn IBERS, mae ein gwyddonwyr yn gweithio i ddeall sut mae planhigion yn ymdopi â llifogydd, gwybodaeth sy’n hanfodol ar gyfer datblygu cnydau gwydn ar gyfer y dyfodol.

Mae astudiaeth ddiweddar a gyhoeddwyd yn y Journal of Agronomy and Crop Science (DOI: 10.1111/jac.70166) yn taflu goleuni newydd ar sut mae gwahanol fathau o Lotus japonicus, sef rhywogaeth codlysiau enghreifftiol sy’n gysylltiedig â chnydau fel ffa, pys a meillion, yn ymateb i lifogydd. Mae’r canfyddiadau yn cynnig cliwiau pwysig ar gyfer bridio codlysiau grawn a phorthiant sy’n gallu gwrthsefyll yr hinsawdd, sef cnydau sy’n hanfodol i amaethyddiaeth gynaliadwy.

Cynhaliwyd yr astudiaeth gan Eamon J. Durkan sy’n fyfyriwr israddedig yn Adran y Gwyddorau Bywyd Prifysgol Aberystwyth, ac fe’i goruchwyliwyd gan Dr Fiona M. K. Corke, a’r Athro John H. Doonan yng Nghanolfan Genedlaethol Ffenomeg Planhigion (NPPC), sef cyfleuster o’r radd flaenaf yn IBERS. Mae’r Ganolfan arbenigol hon yn adnabyddus yn genedlaethol yn y DU ac wedi’i hariannu gan y BBSRC. Mae’n helpu ymchwilwyr i ddeall sut mae geneteg planhigion a’r amgylchedd yn rhyngweithio â’i gilydd gan ddefnyddio delweddu datblygedig, roboteg, a systemau tyfu awtomataidd i fesur nodweddion planhigion ar raddfa fawr. Mae’r Ganolfan yn dod â biolegwyr, peirianwyr, a gwyddonwyr cyfrifiadurol at ei gilydd, ac yn galluogi ymchwilwyr IBERS i fesur perfformiad planhigion mewn manylder digynsail drwy ddefnyddio llwyfannau ffenoteipio â mewnbwn uchel a thechnolegau delweddu a all fonitro miloedd o blanhigion yn effeithlon.

Pam astudio Lotus japonicus?

Mae gan godlysiau (legumes) rôl allweddol yn amaethyddiaeth y byd. Maent yn cyfoethogi’r pridd trwy sefydlogi nitrogen, yn cynnal systemau porthiant i dda byw, ac yn sail i lawer o strategaethau ffermio sy’n hinsawdd-ddeallus. Fodd bynnag, fel llawer o gnydau, maent yn fregus pan ddaw llifogydd, her y disgwylir iddi waethygu wrth i’r hinsawdd newid.

Defnyddir Lotus japonicus yn helaeth fel rhywogaeth enghreifftiol ar gyfer ymchwilio i godlysiau, gan ei gwneud yn ddull delfrydol ar gyfer datgelu sut mae gwahaniaethau genetig yn dylanwadu ar ymatebion i bwysau amgylcheddol. Mae dealltwriaethau am y rhywogaeth hon yn gallu helpu i lywio strategaethau bridio ar draws ystod eang o godlysiau sy’n bwysig yn amaethyddol.

Image: Flooding negatively impacts UK agricultural production and legumes (inset) are particularly sensitive

Sut y cynhaliwyd yr astudiaeth?

Yn yr astudiaeth hon, astudiodd ymchwilwyr naw sampl genetig amrywiol o Lotus japonicus o dan amodau siambr ag amgylchedd rheoledig yng Nghanolfan Genedlaethol Ffenomeg Planhigion (NPPC). Mae pob sampl yn cynrychioli poblogaeth sy’n wahanol yn enetig ac wedi’u casglu o leoliad daearyddol penodol, felly maent yn debygol o fod wedi addasu i wahanol amodau hinsoddol.

Er mwyn profi a oedd y naw sampl yn ymateb yn wahanol i lifogydd, cafodd y planhigion eu boddi’n llwyr am 10 diwrnod, gan efelychu llifogydd difrifol. Defnyddiwyd technolegau delweddu a ffenoteipio uwch i fonitro twf y planhigion, eu perfformiad ffotosynthetig, a’u hamser yn blodeuo ac yn adfer ar ôl i’r dŵr gilio.

Beth ddarganfuwyd gan yr ymchwilwyr?

1. Mae llifogydd yn cwtogi’n sylweddol ar dwf planhigion, ond mae’r adfer wedyn yn gyflym.

Ar draws yr holl amrywiaethau a astudiwyd, achosodd llifogydd ostyngiadau mawr mewn biomas (bron i 37%) a lleihau effeithlonrwydd ffotosynthetig dros 27%. Ac eto er gwaethaf y rhwystrau cychwynnol hyn, adferodd pob planhigyn ei allu i ffotosyntheseiddio o fewn 10 diwrnod ar ôl y digwyddiad llifogydd. Mae hyn yn awgrymu bod gan Lotus japonicus wydnwch hinsawdd cynhenid ​​​​y gellid ei harneisio wrth fridio cnydau yn y dyfodol.

2. Mae llifogydd yn cael effeithiau dwys ac amrywiol ar amser blodeuo.

Un o ganfyddiadau mwyaf trawiadol a newydd yr astudiaeth oedd yr amrywiad mawr yn yr ymateb blodeuo yn dilyn llifogydd.

Roedd llifogydd wedi peri oedi cyn i’r blodeuo ddechrau, a hynny o hanner diwrnod i fwy na thair wythnos, yn dibynnu ar gefndir genetig y planhigyn a’i ranbarth tarddiad. Yn gyffredinol, gostyngodd y cynhyrchu ar flodau hefyd bron i 25%.

Yn arbennig, gwelwyd bod planhigion a darddai o wahanol ledredau yn dangos ymatebion gwahanol iawn, gan ddatgelu cysylltiad cryf rhwng tarddiad daearyddol a sensitifrwydd blodeuo ar ôl llifogydd. Mae graddfa’r amrywiad hwn, a welwyd ar draws nifer gymharol fach o linachau genetig, yn awgrymu cryn amrywiaeth genetig yn y ffordd y mae codlysiau’n ymateb i bwysau amgylcheddol.

Gan fod amser blodeuo yn rhan hanfodol wrth bennu maint cnwd ac amseriad y cynhaeaf, mae’r canfyddiadau hyn yn arbennig o bwysig ar gyfer rhagweld sut y gallai amodau hinsawdd yn y dyfodol effeithio ar gynhyrchiant cnydau. Maent hefyd yn awgrymu y gellid nodi genynnau penodol sy’n rheoli lefelau goddefgarwch i lifogydd ac amseriad datblygu, gan agor y drws i ymchwil genomig pellach mewn codlysiau.

3. Mae planhigion yn defnyddio dwy strategaeth wahanol i oroesi.

Sylwodd yr astudiaeth hefyd ar ddau ymateb hysbys planhigion i oroesi llifogydd:

  • Strategaeth “aros yn llonydd”, sef bod planhigion yn rhoi’r gorau i dyfu i arbed ynni o dan amodau ocsigen isel a’r enw ar hyn yw syndrom gorffwyso O2isel (low-O2 quiescence syndrome / LOQS)
  • Strategaeth “dianc”, sef bod planhigion yn ymestyn eu blagur ar i fyny mewn ymgais i gyrraedd wyneb y dŵr a’r enw ar hyn yw syndrom dianc O2isel (low-O2 escape syndrome / LOES)

Defnyddiodd chwech o’n samplau y strategaeth gyntaf, tra bod y tri arall wedi defnyddio’r ail. Mae’r ymatebion gwahanol hyn yn adlewyrchu addasu ac esblygu yn ôl amgylcheddau lleol a gallent helpu i arwain bridwyr i ddewis y nodweddion sydd fwyaf addas ar gyfer rhanbarthau a systemau ffermio penodol.

Sut mae’r ymchwil hwn o fudd i gymdeithas?

Cefnogi diogeledd bwyd y byd

Drwy nodi amrywiadau genetig naturiol yng ngoddefgarwch y planhigion i lifogydd, gall yr ymchwil hwn helpu i lywio strategaethau bridio i gael codlysiau grawn a phorthiant mwy gwydn. Mae’r cnydau hyn yn sail i lawer o systemau cyflenwi protein a bwyd i anifeiliaid amaethyddol ledled y byd, ac mae cnydau mwy gwydn yn golygu cynaeafau mwy sefydlog hyd yn oed o dan batrymau tywydd anrhagweladwy.

Cyfrannu at amaethyddiaeth sy’n hinsawdd-ddeallus

Mae deall sut mae planhigion yn addasu’n naturiol ar adegau o fod dan straen yn galluogi bridwyr a ffermwyr i leihau dibyniaeth ar gemegau a gwella cynaliadwyedd. Gall codlysiau sy’n gallu gwrthsefyll llifogydd wella iechyd y pridd, storio carbon, ac integreiddio i arferion ffermio sy’n isel ei allyriadau.

Cynghori gwneuthurwyr polisïau a phartneriaid diwydiant

Mae’r ymchwil yn darparu tystiolaeth i gefnogi polisïau ar wydnwch amaethyddol ac addasu i’r hinsawdd. Gall cadwyni cyflenwi a chwmnïau technoleg amaethyddol ddefnyddio’r mewnwelediadau hyn i ddatblygu mathau gwell o hadau ac atebion ffermio mwy cynaliadwy.

Edrych i’r dyfodol

Mae’r astudiaeth yn dangos gwerth Lotus japonicus fel cyfundrefn enghreifftiol ar gyfer datgelu mecanweithiau yn nheulu’r codlysiau i oddef straen. Bydd y mewnwelediadau hyn yn helpu ymchwilwyr a phartneriaid masnachol IBERS i barhau i ddatblygu cnydau’r dyfodol, rhai a all wrthsefyll heriau newid hinsawdd ar yr un pryd â chefnogi dietau iachach, ffermydd mwy gwydn, a phlaned fwy cynaliadwy.

O ran Eamon, y prosiect traethawd hir israddedig hwn yn ei flwyddyn olaf oedd uchafbwynt ei radd Baglor yn Adran y Gwyddorau Bywyd Prifysgol Aberystwyth. Camp enfawr yw cael cyhoeddiad a adolygwyd gan gymheiriaid o draethawd hir israddedig, mae’n sicr yn argoeli’n yrfa lwyddiannus yn y gwyddorau biolegol.

Mae’r papur Accession-Specific Responses to Submergence Stress in Lotus japonicus: Implications for Legume Climate Resilience ar gael ar-lein yma: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jac.70166

Gwyddoniaeth Hygyrch

Mae ein tudalennau 'Gwyddoniaeth Hygyrch' yn fenter Cyfnewid Gwybodaeth sy'n helpu i amlygu'r effaith sylweddol a ddaw yn sgil ymchwil IBERS sy’n mynd i'r afael â heriau byd-eang diogelwch bwyd, iechyd dietegol a newid hinsawdd. Y bwriad yw sicrhau bod ymchwil yn cyrraedd y tu hwnt i'n labordai a'n treialon maes arbrofol, a chynnig manteision go iawn i gymdeithas drwy ymgysylltu â llunwyr polisi, cadwyni cyflenwi, amaethyddiaeth, partneriaid diwydiant a'r cyhoedd yn ehangach.