Finland
March 8, 2010
Kasvien sisällä elää mikrobeja, sieniä ja bakteereita, jotka käyttävät isäntiään hyväkseen. Myös isäntäkasvi voi hyötyä näistä kumppaneista eli endofyyteistä. Suhde on hyvin mutkikas.
MTT:n tutkija Susanna Saaren väitöstutkimuksessa selvisi, että endofyytti-infektiot ovat yleisiä Suomessa viljellyissä nurminatalajikkeissa, mutta lajikkeiden välillä ja niiden sisällä esiintyy suurta vaihtelua. Eurooppalaiset viljellyt ruokonatalajikkeet sitä vastoin osoittautuivat lähes endofyytittömiksi.
Luonnon ruokonatapopulaatioissa mikrosieni oli hyvin yleinen kaikilla tutkimusalueilla eli Ahvenanmaalla, Virossa, Ruotsin rannikolla Södermanlandissa sekä Gotlannissa.
- Korkea infektioaste viittaa siihen, että endofyytti on ainakin tutkimusalueilla hyödyllinen sen luonnonvaraiselle isäntäheinälle, Saari sanoo.
- Viljeltyjen lajien infektioasteiden vaihtelun syy voi olla se, että endofyytti on vaikuttanut johonkin heinän viljelyominaisuuteen, jota suosivat tai välttävät kasvinjalostajat ovat samalla tietämättään suosineet tai välttäneet myös endofyyttiä.
Häätää kirvat ja suojaa myyriä pedoilta
Endofyytin tuottamat myrkyt vaikuttavat monella tavalla heinän tuholaiskestävyyteen. Tutkimuksissa endofyytti karkotti kirvat nurminadalta heinän alkuperästä ja lajikkeesta riippumatta. Heiniä ravinnokseen käyttävien myyrien painoon tai populaation kokoon endofyytti ei vaikuttanut, mutta vähensi myyrien aktiivisuutta ja rauhoitti niitä.
- Saalistuskokeissa myyrien jähmettyminen ja rauhallisuus näytti suojaavan niitä lumikoilta, jotka eivät enää tunnistaneet myyriä saaliiksi heinän seasta. Tämä on yleinen myyrien keino suojautua pedoilta, Saari kertoo.
Enemmän siemeniä ja vähemmän kasvua
Endofyyttisieni voi vaikuttaa heinän lisääntymiseen ja kasvuun. Sieni näyttäisi lisäävän nurminadan siementuotantoa mutta vähentävän sen kasvukykyä niittämisen jälkeen joissakin olosuhteissa. - Ilmeisesti endofyytti vaikuttaa eri kasvutoimintojen kilpailuun kasvin sisällä, Saari arvelee.
Endofyytin on todettu hyödyttävän isäntäheinää etenkin runsasravinteisissa maatalousympäristöissä. Vähäravinteisissa luonnonympäristöissä sieni voi olla heinän vihollinen. Kasvi joutuu jakamaan maaperästä keräämänsä vähäiset resurssit sienen kanssa, jonka myrkkytuotanto voi vähentyä. Silloin se ei kykene yhtä tehokkaasti suojelemaan isäntäänsä tuholaisilta.
Maataloustuotanto voisi hyötyä
USA:ssa ja Uudessa-Seelannissa endofyytit ovat aiheuttaneet heinää syöneelle karjalle vakavia myrkytysoireita. Näissä maissa siementuottajafirmat selvittävätkin rehuheinien endofyytit rutiininomaisesti, jotta ongelmilta vältyttäisiin.
- Koska endofyytit vaikuttavat monella tavalla tärkeisiin heinän viljelyominaisuuksiin, ne olisi syytä huomioida paremmin myös Suomen ja muun Euroopan maataloudessa, Saari miettii.
FM Susanna Saaren väitöskirja "Plant endophyte in food chain - friend or foe?"
(Kasviendofyytti ravintoketjussa - ystävä vai vihollinen?) tarkastetaan Turun yliopistossa 19.3.2010 klo 12. Vastaväittäjänä on professori Michael Müller Metsäntutkimuslaitokselta ja kustoksena professori Kai Norrdahl Turun yliopistosta.
The complex co-dependency of microfungi and grass
Plants harbour many different microbes, fungi and bacteria that take advantage of their hosts. However, the host can also benefit from these little organisms, which are known as endophytes. The relationship is extremely complex.
According to a thesis published by Susanna Saari, Research Scientist at Agrifood Research Finland, endophyte infections are common in the meadow fescue cultivars found in Finland, although the frequency varies considerably both between and within cultivars. European tall fescue cultivars, on the other hand, were found to be practically endophyte-free.
Microfungi were extremely common in natural meadow fescue populations found in the Åland Islands, Estonia, the coastal area of Södermanland in Sweden, and Gotland.
"The high level of infection indicates that endophytes are beneficial to their natural grass hosts at least in these areas," Ms Saari explains.
"The reason behind the varying infection levels found in cultivars may be that where an endophyte affects one of the agriculturally important characteristics of its host grass, plant breeders may have inadvertently promoted or restricted the prevalence of the endophyte by favouring or rejecting individual plant characteristics."
Ousts aphids and protects voles from predators
The toxins produced by endophytes affect the pest-resistance of grass in many ways. The study concluded that endophytes increased the resistance of meadow fescue to bird cherry-oat aphids, overriding the effects of seed lot and cultivar. Endophytes did not affect the body mass or population size of voles that consume endophyte-infected grass, but they did reduce the voles' mobility.
"In predation tests, immobility and calmness appeared to protect voles from weasels, as they were no longer able to detect voles among the grass. This is a common way for voles to avoid predation," Ms Saari explains.
More seeds, less growth
Fungal endophytes can also affect grass reproduction and growth. The fungi appeared to increase seed production in meadow fescue but to stunt growth after mowing in some circumstances. "Endophytes appear to affect the competition between certain growth functions inside the plant," Ms Saari speculated.
Endophytes have been found to benefit their hosts especially in fertile agricultural environments. In natural infertile environments, however, the fungus can be an enemy. The plant has to share the little resources that it collects from the soil with the fungus, which in turn may produce fewer toxins. This prevents the fungus from protecting its host effectively against pests.
Potential in agricultural production
Endophytes have caused serious toxic symptoms in cattle fed on infected grass in the US and in New Zealand. Seed production companies in these countries now routinely examine animal feed for endophytes in order to prevent these problems from recurring.
"Endophytes affect many agriculturally important characteristics of the host grass, which is why they should be acknowledged in agricultural management in Finland and elsewhere in Europe as well," Ms Saari concludes.
The thesis "Plant endophyte in food chain - friend or foe?" by Ms Susanna Saari, MSc, will be examined at the University of Turku in Finland at 12 noon on 19 March 2010. Professor Michael Müller from the Finnish Forest Research Institute will act as the opponent and Professor Kai Norrdahl from the University of Turku will act as the custodian.
Mikrosvamp och gräs har ett komplext förhållande
I växterna lever mikrober, svamp och bakterier som utnyttjar sina värdar. Också värdväxten kan dra nytta av dessa kompanjoner, dvs. endofyterna. Förhållandet är mycket invecklat.
Av Susanna Saaris, forskare vid MTT, doktorsavhandling framgick det att endofytinfektioner är allmänna i odlade ängssvingelarter i Finland, men mellan arterna och bland dem förekommer stora variationer. De europeiska odlade rörsvingelarterna visade sig däremot vara närmast endofytfria.
I de naturliga rörsvingelpopulationerna var mikrosvampen mycket allmän på samtliga undersökningsområden, dvs. Åland, Estland, Södermanland på svenska kusten samt Gotland.
- En hög infektionsgrad tyder på att endofyten åtminstone på undersökningsområdena medförde nytta för sitt vilda värdgräs, säger Saari.
- Orsaken till de varierande infektionsgraderna bland de odlade arterna kan vara att endofyten i fråga om gräs har påverkat någon odlingsegenskap som gynnas eller undviks av växtförädlarna som då samtidigt ovetande har gynnat eller undvikit endofyten.
Fördriver bladlöss och skyddar sorkar mot rovdjur
De gifter som endofyten producerar påverkar på många sätt gräsets tålighet mot skadedjur. Enligt undersökningarna fördrev endofyten bladlössen från ängssvingeln, oavsett ursprung eller art. Endofyten påverkade inte vikten eller populationsstorleken bland de sorkar som lever på gräs, men minskade sorkarnas aktivitet och gjorde dem lugna.
- I jaktexperimenten stelnade sorkarna och lugnade sig, vilket i sin tur verkade skydda dem mot vesslor som inte längre identifierade sorkarna som rov bland gräsen. Detta är en vanlig metod bland sorkarna att skydda sig mot rovdjur, berättar Saari.
Mer frön och mindre tillväxt
Endofytsvampen kan påverka gräsets förökning och tillväxt. Det verkar som om svampen ökar ängssvingelns fröproduktion men minskar dess tillväxtförmåga efter bärgningen under vissa förhållanden. – Uppenbarligen påverkar endofyten konkurrensen mellan olika tillväxtfunktioner i växten, antar Saari.
Man har konstaterat att endofyten medför nytta för värdgräset i synnerhet i näringsrika jordbruksmiljöer. I näringsfattiga naturmiljöer kan svampen vara gräsets fiende. Växten måste dela med sig av de ringa resurser som den upptar från jordmånen med svampen, vars giftproduktion kan avta. Då kan den inte längre lika effektivt skydda sin värd mot skadedjur.
Jordbruksproduktionen kan gagnas
I USA och Nya Zeeland har endofyterna orsakat allvarliga förgiftningssymptom bland boskap som ätit gräs. I dessa länder utreder också fröproducenterna rutinmässigt fodergräsens endofyter för att undvika problem.
- Det vore skäl att beakta endofyterna i högre grad också inom jordbruket i Finland och resten av Europa, eftersom endofyterna påverkar viktiga odlingsegenskaper hos gräsen på många sätt, funderar Saari.
FM Susanna Saaris doktorsavhandling "Plant endophyte in food chain - friend or foe?" (Växtendofyten i näringskedjan - vän eller fiende?) granskas vid Åbo universitet 19.3.2010 kl. 12. Opponent är professor Michael Müller, Skogsforskningsinstitutet, och kustos professor Kai Norrdahl, Åbo universitet.
Topics
Species
