Ny viden om hvordan afgrødernes fysiologiske kvælstofudnyttelse kan øges

Størrelse: px

Starte visningen fra side:

Download "Ny viden om hvordan afgrødernes fysiologiske kvælstofudnyttelse kan øges"

Helge Kjeldsen
4 år siden
Visninger:

Møller, Thomas Kichey & Thomas Jahn Sektion for Plante- og Jordvidenskab

1 Ny viden om hvordan afgrødernes fysiologiske kvælstofudnyttelse kan øges Jan K. Schjørring, Inge S. Møller, Thomas Kichey & Thomas Jahn Sektion for Plante- og Jordvidenskab Institut for Jordbrug og Økologi Det Biovidenskabelige Fakultet Københavns Universitet Sted, dato, enhed, anledning mv. Dias 1

2 Landsforsøgene 22-28: Marginal N optagelse på 44-56% i vinterhvede

Remobiliseret N 2 1 Kan vi øge andelen af det tilførte kvælstof, som høstes i hvedekerner? 1. Hvor stor en del af kvælstof, som indlejres i hvedekerner, stammer fra optagelse efter skridning? 2. Hvor stor en andel af det kvælstof som indlejres i hvedekerner stammer fra genanvendelse (remobilisering) fra blade og stængler?

3 Remobiliseret N 2 1 Kan vi øge andelen af det tilførte kvælstof, som høstes i hvedekerner? 1. Hvor stor en del af kvælstof, som indlejres i hvedekerner, stammer fra optagelse efter skridning? 2. Hvor stor en andel af det kvælstof som indlejres i hvedekerner stammer fra genanvendelse (remobilisering) fra blade og stængler? 3. Er der forskelle mellem hvedesorter mht. remobilisering og N optagelse efter skridning? N optaget efter skridning Den stabile isotop 15 N kan anvendes til at adskille kvælstof i kernerne, der stammer fra hhv. remobilisering og optagelse

4 N i kerner (kg pr. ha) I gennemsnit stammede 71% af N i hvedekerner fra remobilisering fra blade og stængler genanvendelse af kvælstof er en vigtig proces! Der er forskelle mellem hvedesorter mht. hvor meget henholdsvis N remobilisering og N optagelse efter skridning bidrager til kernernes kvælstofindhold ved modenhed Arche Récital Renan Shango Soissons N remobiliseret N optaget efter skridning Kichey et al. 27

5 Effektivitet af N remobilisering fra blade og stængler N remobilisering er en effektiv proces i gennemsnit blev 78% af kvælstof i blade og stængler af hvedeplanter genanvendt i kernerne Der er forskelle mellem hvedesorter i genanvendelseseffektiviteten af N 95% 85% % 65% Arche Récital Renan Shango Soissons Kichey et al. 27

6 N i kerner, kg pr. ha N i kerner, kg pr. ha Andelen af N i kerner af vinterhvede, der stammer fra optagelse efter skridning, påvirkes relativt lidt af stigende N tilførsel Kvælstofremobilisering spiller en relativt større rolle N fra remobilisering N optaget efter skridning 16 18N 5N 6 18N 5N Kichey et al. 27

7 N i kerner, kg pr. ha N i kerner fra remobilisering, kg pr. ha Des mere N hvedeplanter har i blade og stængler ved skridning des større remobilisering Forskelle mellem hvedesorter i N remobilisering N fra remobilisering 18N 5N Arche Recital N i blade og stængler ved skridning Kichey et al. 27

8 Glutamin synthetase aktivitet pr. vægtenhed nmol/min/mg plantebiomasse MS N remobiliseret, kg pr. ha Rem (g/m²) N15 Kichey et al. 27 Hvilke processer kan forklare sortsforskelle i kvælstofudnyttelsen? Glutamin synthetase (GS) er et nøgleenzym i indbygningen og genanvendelsen af optaget N af kvælstof i planter N optagelse NO 3 - GS glutamin GOGAT kulstofforbindelser protein N remobilisering NH 4 + glutamat glutamat aminosyrer Hvede y =.48x 2.29 R 2 =.8 y =.23x +.5 R 2 =.9 y =.5x R 2 = GS aktivitet pr. m 2 Vegetativ Skridning +14 dage +14dage Modenhed Arche 18N Arche 5N Récital 18N Récital 5N Skridning frem til 14 dage efter 14 dage efter skridning til 28 dage efter 28 dage efter skridning indtil modenhed

Kloning og karakterisering af GS gener i hvede (SUSTAIN EU projekt) TA-GS2 1 GS gener klassificeret i 4 underfamilier: GS2, GS1, GSR og GSE ZM-GS1-3 TA-GS1B TA-GS1A

9 Kloning og karakterisering af GS gener i hvede (SUSTAIN EU projekt) TA-GS2 1 GS gener klassificeret i 4 underfamilier: GS2, GS1, GSR og GSE ZM-GS1-3 TA-GS1B TA-GS1A ZM-GS1-2 ZM-GS1-1 TA-GSR2 TA-GSR1 TA-GSE1 TA-GSE2 Hvede GS underfamilierne danner 4 distinkte grupper med GS gener fra andre kornarter såsom majs og ris Bernard et al. 28

10 GS 1-3 Bladceller - Kerneantal GS 1-4 Skedeceller omkr. ledningsstreng - Kernestørrelse GS 1-1 Rodbarkceller - Primær N assimilation GS 2 Grønkorn i unge blade - Primær N assimilering - Intern N husholdning GS 1-5 Epidermisceller -??? GS 1-2 Sivævsceller - Transport To GS gener i majs spiller en stor rolle for kerneudbyttet gennem at kontrollere hhv. kerneantal og kernestørrelse Martin et al. 27

type GS 1-3 Vild- GS 1-4 GS 1-3 GS 1-4/ type GS 1-3

11 Udbytte, g tørstof pr. plante Majsmutanter, der mangler ét specifikt GS gen Blade + stængler Skudfænotype 55 dage efter blomstring Vild- GS 1-4 GS 1-3 GS 1-4/ type GS 1-3 Kerner Vild- GS 1-4 GS 1-3 GS 1-4/ type GS 1-3 Vild- GS 1-4 GS 1-3 GS 1-4/ type GS 1-3 Kerneudbytte, g Kerneantal Kernevægt, mg Martin et al. 27 Plant Cell

µmol g -1 FV min -1 Kerneudbytte, g GS aktivitet Kerneudbytte

12 Tørstof, g Glutamin synthetase (GS) gener spiller en central rolle for udbyttet i majs Linier med øget aktivitet af GS1-3 GS aktivitet, µmol g -1 FV min -1 Kerneudbytte, g GS aktivitet Kerneudbytte Udbytte vs. GS Martin et al. 27 Plant Cell GS aktivitet, µmol pr. g FV pr. min

13 Glutamin synthetase (GS1): nøgleenzym i kvælstofexporten fra aldrende blade i vinterraps 13. kda 81. kda 46.9 kda rubisco GS2 GS kda 28.5 kda Finnemann and Schjoerring 2

14 Øget aktivitet af glutamin synthetase (GS 1 ) i transgene vinterrapsplanter forbedrer remobiliseringen af kvælstof under mild tørkestress H 2 O Antisense Vildtype Sense gs Vild type GS1 antisense GS1 sense Vild type GS1 antisense GS1 sense

Konklusioner Nogle hvedesorter er mere afhængige af kvælstofoptagelse efter skridning end andre, der i højere grad kan klare sig med genanvendelse (remobilisering) af kvælstof fra blade og stængler.

15 Konklusioner Nogle hvedesorter er mere afhængige af kvælstofoptagelse efter skridning end andre, der i højere grad kan klare sig med genanvendelse (remobilisering) af kvælstof fra blade og stængler. I gennemsnit stammer ca. 7% af kernernes N fra genanvendelse. Der er forskelle mellem hvedesorter i hvor stor en andel af kvælstof i blade og stængler, som kan genanvendes. Specifikke gener for nøgleenzymet glutamin synthetase (GS) har betydning for kerneudbyttet gennem at påvirke kernestørrelse og kerneantal. GS sikrer en optimal N forsyning til det udviklende kerneanlæg i en kritisk periode omkring skridning Øget aktivitet af GS forbedrer N remobilisering fra aldrende blade og dermed N udnyttelseseffektiviteten.

Perspektiver igangværende forskning på KU-LIFE Nye og bedre agronomiske og genetiske markører for selektion af sorter med effektiv kvælstofudnyttelse ved begrænset N input (ikorn, finansieret af Det

gennem selektion af sorter med øget tolerance overfor bladsvidning. Finansieres af Forskningsrådet for Teknologi og Produktion 29-212.

16 Perspektiver igangværende forskning på KU-LIFE Nye og bedre agronomiske og genetiske markører for selektion af sorter med effektiv kvælstofudnyttelse ved begrænset N input (ikorn, finansieret af Det Strategiske Forskningsråd ; samarbejde med Sejet Planteforædling) Nye kvælstofstrategier målrettet mod mere effektive sorter: Muligheder for at øge anvendelsen af bladgødskning med kvælstof gennem selektion af sorter med øget tolerance overfor bladsvidning. Finansieres af Forskningsrådet for Teknologi og Produktion CISGENESIS: Øget aktivitet af nøgleenzymer i optagelse, oplagring og indbygning af kvælstof i byg og hvede gennem at udvikle nye typer af gensplejsede planter baseret på cisgenese konceptet, hvor kun plantens egne gener eller gener fra nærtstående slægtninge anvendes (finansieret af DFFE 27-21; samarbejde med AU-Flakkebjerg) CISGENESIS ikorn

Relaterede dokumenter

Section meeting # in R-322

Section meeting # in R-322 Sustainable plant nutrition Kvælstofudnyttelse ved bladgødskning Plant and i Soil vinterhvede Science Section meeting #1 Jan K. Schjørring, Inge Skrumsager Møller & Thomas Kichey Monday 26th February Plante-