Mykorrhiza-svampenes betydning for næringsstofoptagelsen og jordens struktur

Transkript

1 Mykorrhiza-svampenes betydning for næringsstofoptagelsen og jordens struktur Iver Jakobsen Inst. For Plante- og Miljøforskning, Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet

2 Hvad skal vi med mykorrhiza? Mykorrhiza (MYK) skal i planteavlen bidrage til: Pleje af jordens sundhed og dermed Nedbringe forbruget af ressourcer, samt Nedbringe belastningen af miljøet Er det realistiske mål? Eller er det ren ønsketænkning? MYK-svampe indgår i rodens mikrobiom Mykorrhiza og fosfor En multifunktionel symbiose Hvordan passer vi på MYK-svampene? Perspektiver Dias 2

3 Den levende og sunde jord - mikrobiomet Dias 5

4 Arbuskulær mykorrhiza, AM (eller MYK) Dias 6 -AM +AM

5 Kan mykorrhiza erstatte P gødning? Nej, men MYK kan nedsætte BEHOVET for P gødning. OMFANGET heraf afhænger af. Jorden Afgrøden Dyrkningspraksis Grøn peber på friland, Queensland, Australien Olsen et al, Austr J Agric Res 1999 Dias 7

6 Rodsystemets opbygning bestemmer om en plante har brug for MYK AM NM Betydning af MYK afhænger af: Rodsystemets udbredelse Rod-finheden Længde af rodhår Udskillelse af syrer/anioner Dias 8 Schweiger et al New Phytol 1995

7 Når P kilden er jern-fosfat bliver selv rajgræs MYKafhængnig Plant and Environmental Sciences Soluble P Collodial Fe-P Crystalline Fe-P (strengite) Lolium rigidum Dias 9 Bolan et al 1987

8 To systemer for P optagelse in MYK planter MYK-vejen P P P P P P P P P P P Rodbark celle CHO Pi Jord P P P P P P P Pi P P P Den direkte vej Pi P P P Rodbark 11 Mulige flaskehalse i MYK-systemet: Væksten af MYK-mycelium ud i jorden MYK-svampenes P optagelse og transport Overførsel af fosfat i grænsefladen

9 Hurtig P optagelse, transport og overførsel af P til plante MYK-vejen P Den direkte vej Hyfernes P transport er tilsyneladende drevet af plantens transpiration Dias 12 Kikuchi et al New Phytologist 2016

10 Medicago truncatula har tre MYK-inducerede transportproteiner, der optager fosfat i grænsefladen 33 P optagelse via MYK PAM Arbuskel MtPT4 MtPT8 MtPT5?? Dias 14

11 Forædling af P effektive sorter hvilke MYK egenskaber er relevante? MYK kolonisering i sorter af jordkløver (Ryan et al, Appl Soil Ecol 2016) Tyder på at der ER et potentiale for selektion af jordkløver med højere eller lavere MYK kolonisering Dias 19

12 Forædling af P effektive sorter: indavlede majs-linjer har forskellig tolerance for lav P tilgængelighed og giver forskellig udslag for MYK Sorter der både tolererer lave P niveauer OG giver god MYK respons vil være de mest interessante for forædleren. Dias 20 Sawers et al submitted

13 Undersøgelse af seks majs linjer der påvirkes forskelligt af lavt P og af MYK Dias 21

14 Mykorrhiza gør planter mere tolerante for lavt P 9 Dias 22

15 Længden af MYK mycelium i jorden varierer imellem de undersøgte majslinjer Dias 23

16 De mest værdifulde MYK-egenskaber i relation til udvælgelse af P effektive sorter Plant and Environmental Sciences MYK kolonisering? Har måske mindre betydning; vi ser ofte en dårlig sammenhæng mellem vækstrespons på MYK og MYKkolonisering i rødderne Længden af MYK-mycelium i jorden Der skal følges op på den observerede variation mellem majs-linjer (det rod-eksterne mycelium som flaskehals?). Relevante spørgsmål om sortens/linjens indflydelse på vækst af MYK mycelium i jord - Robust eller afhængig af AMF genotype? - Også sorts/linje-variation i andre afgrøder? - Kan egenskaben knyttes til en genetisk markør? Dias 24

17 Mykorrhiza og næringsstofoptagelse; sammendrag Stor potentiel N optagelse; relevant i planteavlen? MYK bidrager altid til P optagelsen, også i fravær af vækstrespons Mikro MYK øger optagelsen af Zn og Cu MYK bidrag til K optagelsen mangler god dokumentation Dias 25

18 Mykorrhiza giver forbedret jordstruktur Arbuskulær mykorrhiza Dias 26

19 Forbedret jordstruktur: Vægt af makroaggregater korrelerer med længden af MYK-mycelium Makro-aggregater Mikro-aggregater Dias 27 Wilson et al Ecol Letters 2009

20 Mykorrhiza bidrager (formodentlig) til opbygning af organisk stof i jord CO 2 MYK bidrager til en hurtigere og forøget C flux til jorden Respirationen øges også og nettoresultatet vedr. C opbygning er ikke entydigt Arbuskulær mykorrhiza Dias 28 SOC MEN: MYK-mycelium hæmmer nedbrydning af ligninholdigt materiale og det vil føre til opbygning af organisk stof i jord Skyldes formodentlig at MYK påvirker nedbryder-samfundet

21 MYK-netværk forbinder planter og påvirker deres indbyrdes konkurrence Dias 29 Giovannetti et al In Mycorrhizal Networks, Springer 2015

22 MYK-netværk øger konkurrencen over for nyetablerede planter, men. Jakobsen & Hammer, In Mycorrhizal Networks, Springer 2015 Merrild et al, New Phytol 2013 Dias 30

23 MYK-netværk formidler transport af signalstoffer mellem planter Dias 31 Gilbert and Johnson 2015

24 Andre vigtige mykorrhiza-effekter Beskyttelse mod plantepatogener Øget tørke-tolerance Øget tolerance over for salt stress Dias 32

25 Hvordan passer vi på markens MYK svampe? Undgå høje fosfortal Vinterhvede: 30-60% kolonisering ved Pt ~ Dias 33

26 Hvordan passer vi på markens MYK svampe? Positive effekter af lave fungicid-doser - hormesis Sprøjtemidler har begrænset effekt Måske er glyphosat et overset problem? Negative effekter kan være direkte eller indirekte. Dias 34

27 Hvordan passer vi på markens MYK svampe Winter wheat Flowering Skånsom jordbearbejdning Pløjet Upløjet Verzeaux et al, Agronomy 2016 Dias 35

28 En overraskende observation: MYK aktiviteten var hæmmet i en jord med lavt fosfortal 32 P mærket jord var tilgængelig for MYK svampe men ikke for rødder 32 P Desinficeret jord Ubehandlet jord Dias 36

29 Hæmningen af MYK svampe varierer fra jord til jord Potten indeholder desinficeret og MYK-podet jord 33 P 21 usterile jorder Dias 39 Dette er et problem, idet en god hyfevækst er afgørende for en optimal funktion af mykorrhiza. Derfor er det vigtigt at bestemme den/de hæmmende faktor/faktorer. Det er vi i gang med.

30 P optagelse i planten ( 33 P) Pasteurisering af jord ophæver hæmningen, men i forskellig grad Plante og miljøvidenskab 80 Ubehandlet 60 Pasteuriseret, 85 C Møystad, NPK Møystad, husdyrgødet Risø, -P Risø, 35 år efter udtagning Dias 40 Jordens mikrobiom spiller altså en rolle; Men hvilke mikroorganismer? Og hvad er den hæmmende mekanisme?

31 P optagelse i planten; 33 P Plante og miljøvidenskab Kalktilførsel bidrager også til at ophæve hæmningen 6 5 R² = 0, ph i en NPK-gødet jord (CaCl 2 ) Dias 41

32 MYK-hæmmende jorder; har vi fat i en missing link? Kunne forklare hvorfor resultater opnået med semi-steril jord ofte er svære at reproducere i marken Organismer og mekanismer skal identificeres. Sandsynligvis analoge til mekanismerne bag de kendte sygdomshæmmende jorder Det er målet at finde nye metoder til at forøge MYKsvampes betydning under markforhold Soil microbiome Dias 42

33 BEG161 V150 BEG160 BOL3 V91 BOL1 BEG83 V296 V293 V249 BEG84 BEG12 BEG29 V289 V284 BEG3 V12 BEG14 BEG15 BEG20 BEG86 V162 BEG106 BEG90 Hyphal length (m g -1 ) Plant and Environmental Sciences Podning med udvalgte MYK svampe G. mosseae G. caledonium 20 G. claroideum G. geosporum 15 a b 24 AMF 33P P c Munkvold et al, New Phytol

34 MYK podning af markjord i potter Vækst-respons (%) på podning med R. irregularis Köhl et al. Plant Cell Environ 2016 Dias 44

35 Podning med MYK ris udplantet i paddy fields Dias 45 Zhang et al J Plant Ecol 2014

36 Behov for podning af mark #3? (mg kg -1 ) Jensen and Jakobsen, Plant & Soil 1980 Dias 46

37 MYK-relaterede metoder for mere bæredygtig planteavl Mål for styring af MYK Spare gødning Udnytte jordens P lager Øge planters stress-tolerance 1 2 Optimere betingelser for de indfødte MYK svampe Balanceret gødskning Skånsom jordbearbejdning Vedvarende plantedække Kontrol af MYK-hæmmere Podning med MYK-svampe Analysere behovet (bioassay) Benyt lokalt tilpassede svampe Begræns udgifter til inokulum Benyt inokulum som er tolererant over for MYK hæmmerne Dias 49

38 Perspektivet er at øge MYK aktiviteten og dermed gøre planteavlen mere bæredygtig Eliminere MYK-hæmmerne i jordens mikrobiom VOCs? Udvælge plante genotyper der understøtter et større MYKmycelium P P P Vælg dyrkningsmetoder der opbygger MYK svampe samfundene og beskytter jordens MYK netværk Direct pathway AM pathway Podning med MYK svampe hvor rod-koloniseringspotentialer er lavt Dias 50

39 Tak til KU Stephanie Watts-Williams (BTI) Fabio Battini (Pisa) Katerina Efthymiou Simon Svane Mette Grønlund (Novo-Nordisk) Morten Kjærgaard Ole Nybroe Jan H Christensen Erik Joner (NIBIO,Norway) Bryce Thompson Institute Maria Harrison Cambridge Uta Paszkowski Funding FTP, De Frie forskningsråd Innovation Fund Denmark Novo-Nordisk Fonden Dias 51

40 Dias 52 Plante og miljøvidenskab

41 AM networks Adopt agricultural practices that - protect the underground AM fungal networks Plant and Environmental Sciences Maize grown in soil with contrasting degree of physical disturbance (growth period = 3 wks) Dias 53