The Effect of Increasing CO₂ and Halyomorpha halys (Hemiptera: Pentatomidae) Damage on Plant Based ADEK Vitamins and Sterols

Abstract

This study aims to evaluate the effects of global climate change on the nutritional content of agricultural products by examining the sucking pest Halyomorpha halys (Hemiptera: Pentatomidae) on pepper (Capsicum annuum L.), tomato (Solanum lycopersicum) , and bean (Phaseolus vulgaris L. ) plants at different feeding intensities and two different atmospheric carbon dioxide (CO₂) levels (600 ppm and 670 ppm) on the ADEK vitamins and sterol components (µg/g) in leaf tissues. Experimental findings revealed that the levels of α-tocopherol (vitamin E) and vitamin K2 showed significant differences depending on both the severity of the damage and the increase in CO₂. In pepper groups, the amount of these compounds was high at low CO₂ levels (600 ppm) but decreased at high CO₂ levels (670 ppm). In contrast, vitamin E levels in tomato and bean groups decreased with increasing CO₂. Sterol levels, specifically ergosterol and sitosterol, showed different responses depending on plant type with increasing CO₂, while beta-sitosterol decreased significantly, especially at high damage levels. The results indicate that both biotic (pest) and abiotic (CO₂) stress factors reorganise micronutrient and phytochemical compound levels in plants. These changes can be interpreted as adaptive physiological responses aimed at activating plant defence mechanisms and protecting cellular structure. The data obtained contribute to the development of strategies for preserving plant nutrient composition under climate change conditions.

Keywords

• Phaseolus vulgaris L.
• Solanum lycopersicum
• Capsicum annuum
• phytosterols
• climate change

Artan CO₂ ve Halyomorpha halys (Hemiptera: Pentatomidae) Zararının Bitkisel ADEK Vitaminleri ve Steroller Üzerine Etkisi

Abstract

Bu çalışma, küresel iklim değişikliğinin tarımsal ürünlerin besin içeriği üzerindeki etkilerini değerlendirmek amacıyla, sokucu-emici, zararlı Halyomorpha halys (Hemiptera: Pentatomidae)’in biber (Capsicum annuum L.), domates (Solanum lycopersicum) ve fasulye (Phaseolus vulgaris L.) bitkilerinde farklı emgi yoğunluklarında ve iki farklı atmosferik karbondioksit (CO₂) düzeyinde (600 ppm ve 670 ppm) oluşturduğu zararın, yaprak dokularındaki ADEK vitaminleri ve sterol bileşenleri (µg/g) üzerindeki etkilerini incelemiştir. Deneysel bulgular, özellikle α-tokoferol (E vitamini) ve K2 vitamini düzeylerinin hem zararın şiddetine hem de CO₂ artışına bağlı olarak anlamlı farklılık gösterdiğini ortaya koymuştur. Biber gruplarında düşük CO₂ düzeyinde (600 ppm) bu bileşiklerin miktarı yüksek çıkarken, yüksek CO₂ düzeyinde (670 ppm) azaldığı tespit edilmiştir. Buna karşılık, domates ve fasulye gruplarında E vitamini seviyeleri artan CO₂ ile birlikte düşüş göstermiştir. Sterollerden ergosterol ve sitosterol düzeylerinde CO₂ artışıyla birlikte bitki türüne göre farklı yanıtlar gözlenmiş, beta-sitosterol ise özellikle yüksek zarar düzeylerinde belirgin şekilde azalmıştır. Sonuçlar, hem biyotik (zararlı) hem de abiyotik (CO₂) stres faktörlerinin bitkilerde mikronutrient ve fitokimyasal bileşik düzeylerini yeniden yapılandırdığını göstermektedir. Bu değişimler, bitki savunma mekanizmalarının aktivasyonu ve hücresel yapının korunmasına yönelik adaptif fizyolojik tepkiler olarak yorumlanabilir. Elde edilen veriler, iklim değişikliği koşullarında bitkisel besin bileşiminin korunmasına yönelik stratejilerin geliştirilmesine katkı sunmaktadır.

Keywords

• Halyomorpha halys
• CO₂ artışı
• ADEK vitaminleri
• Fitosteroller

References

1. Ak, K., Uluca, M., Aydin, Ö., & Gokturk, T. (2019). Important invasive species and its pest status in Turkey: Halyomorpha halys (Stål) (Heteroptera: Pentatomidae). Journal of Plant Diseases and Protection, 126(5), 401–408. https://doi.org/10.1007/s41348-019-00247-x
2. Bosco, L., Moraglio, S. T., & Tavella, L. (2018). Halyomorpha halys, a serious threat for hazelnut in newly invaded areas. Journal of Pest Science, 91, 661–670. https://doi.org/10.1007/s10340-018-0986-7
3. Lee, D. H., Short, B. D., Joseph, S. V., Bergh, J. C., & Leskey, T. C. (2013). Review of the biology, ecology, and management of Halyomorpha halys (Hemiptera: Pentatomidae) in China, Japan, and the Republic of Korea. Environmental Entomology, 42(4), 627–641. https://doi.org/10.1603/EN13006
4. Loladze, I. (2014). Hidden shift of the ionome of plants exposed to elevated CO₂ depletes minerals at the base of human nutrition. eLife, 3, e02245. https://doi.org/10.7554/eLife.02245
5. Nowicka, B., & Kruk, J. (2010). Occurrence, biosynthesis and function of isoprenoid quinones. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics, 1797(9), 1587–1605. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2010.06.007
6. Özgen, İ., Yılmaz, Ö., Aydoğmuş, E., Topdemir, A., Özmen, K. G., & Kılınçtepe, A. (2025). Alterations in plant fatty acid composition induced by insect herbivory and elevated carbon dioxide: A case study on Halyomorpha halys (Stål, 1855) (Hemiptera: Pentatomidae). International Journal of Advanced Natural Sciences and Engineering Researches, 9, 165–173.
7. Peiffer, M., & Felton, G. W. (2014). Insights into the saliva of the brown marmorated stink bug Halyomorpha halys (Hemiptera: Pentatomidae). PLOS ONE, 9(2), e88483. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0088483
8. Taub, D. R., & Wang, X. (2008). Why are nitrogen concentrations in plant tissues lower under elevated CO₂? A critical examination of the hypotheses. Journal of Integrative Plant Biology, 50(11), 1365–1374. https://doi.org/10.1111/j.1744-7909.2008.00754.x

9. Zavala, J. A., Casteel, C. L., DeLucia, E. H., & Berenbaum, M. R. (2008). Anthropogenic increase in carbon dioxide compromises plant defense against invasive insects. Proceedings of the National Academy of Sciences, 105(13), 5129–5133. https://doi.org/10.1073/pnas.0800568105