Indusert resistens mot aksfusariose i høsthvete

Transkript

1 342 I. Hofgaard et al. / Grønn kunnskap 9 (2) Indusert resistens mot aksfusariose i høsthvete Ingerd Hofgaard 1), Åshild Ergon 1,2), Birgitte Henriksen 1), Hilde Kolstad 1), Helge Skinnes 2), Yalew Tarkegne 2) og Anne Marte Tronsmo 2) / ingerd.hofgaard@planteforsk.no. 1) Planteforsk Plantevernet, 2) Universitetet for miljø- og biovitenskap Sammendrag Plantene har et forsvarssystem som blir aktivert når de gjenkjenner en angripende sjukdomsorganisme. Resistens mot sjukdommer kan også induseres eller aktiveres i planter når de utsettes for ulike typer av stress eller etter behandling med forskjellige stoffer (forsvarsaktivatorer eller elicitorer). Slike stoffer kan være syntetisk fremstilt eller ha en biologisk opprinnelse. I et prosjekt ved Planteforsk Plantevernet, ble ulike stoffer og preparater som antas å kunne indusere resistens i planter, undersøkt for deres evne til å redusere utvikling av Fusarium i aks av høsthvete. Stoffene ble valgt ut på grunnlag av resultater fra et forforsøk. I forforsøket ble frøplanter av høsthvete behandlet med ulike stoffer og deretter ble sjukdomsutvikling på bladsegmenter fra de behandlede plantene undersøkt etter inokulering med Microdochium nivale. Et bladgjødslingspreparat ga tydelig redusert utvikling av M. nivale i forforsøket. Det samme preparatet ga også reduksjon i utvikling av aksfusariose i veksthus- og feltforsøket ved behandling en uke før blomstring og inokulering med F. culmorum. I felt hadde høstet korn fra planter som var behandlet med det samme preparatet inntil 75 % reduksjon i grad av Fusariuminfeksjon sammenlignet med korn fra ubehandlede planter. Innledning Aksfusariose er en utbredt og destruktiv kornsjukdom som forårsakes av ulike arter av Fusarium. Microdochium nivale er ofte betraktet som en del av aksfusariosekomplekset. Sopparter innen slekten Fusarium kan produsere soppgifter (mykotoksiner). Dette kan medføre en betydelig reduksjon i kva-

2 I. Hofgaard et al. / Grønn kunnskap 9 (2) 343 litet og kvantitet på høstet korn fra planter med aksfusariose. Inntak av korn som inneholder mykotoksiner kan være helseskadelig for både mennesker og dyr. Vi har i dag ikke tilfredsstillende metoder for å redusere angrepet av aksfusariose i korn, og derfor utgjør denne sjukdommen fortsatt en trussel for både avlingsnivå og kvalitet i korn (Pirgozliev et al 2003). Alle planter har resistensmekanismer som kan induseres etter behandling med ulike organismer eller forsvarsinduserende forbindelser (Tuzun 2001). Indusert resistens ser ut til å være en mekanisme der nivået av generell sjukdomsresistens i plantene økes (van Loon 1997). Forsvarsresponser kan induseres i enfrøbladede planter etter behandling med ulike stoffer som blant annet kitosan (Vander et al 1998, Barber et al 1989), β-aminobutyric acid (Oka & Cohen 2001) eller salisylsyre og liknende forbindelser (Morris et al 1998, Schweizer et al 1999, Bertini et al 2003, Görlach et al 1996). Målet med dette arbeidet var å finne frem til et stoff eller et preparat som kan redusere utvikling av aksfusariose i høsthvete. Flere ulike stoffer ble undersøkt for deres evne til å redusere sjukdomsutvikling i bladsegmenter av høsthvete. Stoffer som reduserte sjukdomsutvikling i bladsegmenter, ble videre undersøkt, både i veksthus-og feltforsøk, for deres evne til å redusere utvikling av aksfusariose i høsthvete etter inokulering med Fusarium culmorum. Materialer og metoder Bladtest Høsthvete (cv. Bjørke) ble dyrket i veksthus ved 18/12 C dag/natt temperatur og 16 timers tilleggslys. To uker etter såing ble frøplanter behandlet med løsninger av ulike stoffer eller preparater som er antatt å kunne indusere sjukdomsresistens i planter. Løsningene som ble brukt i forsøkene inneholdt blant annet ekstrakter fra planter og sopp, kitosaner, Bion (syn. Actigard, Syngenta), β-aminobutyric acid, trehalose, og Resistim (et bladgjødslingspreparat som inneholder kalium, fosfor og betainer, Mandops (UK) limited). En mer detaljert beskrivelse av de ulike behandlingene vil bli publisert senere (Hofgaard et al., manus under arbeid). En uke etter behandling med de ulike løsningene ble 5 cm segmenter fra den midtre delen av det 2. bladet på plantene klippet av og plassert på 0.5 % vannagar (med 10mg l -1 kinetin). Bladsegmentene ble inokulert dagen etter med en 10µl dråpe av en sporesuspensjon av M. nivale (1 X 10 6 konidier ml -1 ). Bladsegmentene ble inkubert ved 10 C og 12 timer NUV og hvitt lys per døgn. Sjukdomsutvikling ble registrert daglig under lupe, som beskrevet i Browne & Cooke (2004).

3 344 I. Hofgaard et al. / Grønn kunnskap 9 (2) Veksthusforsøk Korn fra høsthvete ble vernalisert i 10 uker ved 2-4 C og videre dyrket i veksthus ved 15/10 C dag/natt temperatur og 16 timers tilleggslys. Ved aksskyting, en uke før blomstring, ble plantene sprayet med ulike løsninger som inneholdt Bion, β-aminobutyric acid eller Resistim. Ved blomstring ble et småaks per 6-10 aks i hver potte inokulert med en 10 ml dråpe med F. culmorum sporesuspensjon (1 X 10 5 konidier ml -1 ). Inokulerte aks ble dekket med plastposer i 48 timer etter inokulering. Plantene ble dyrket videre ved 20 C dag (12timer) og 15 C natt (12 timer) under 18h tilleggslys. Sjukdomsutvikling ble registrert som antall misfargede småaks per aks, 11, 17 og 23 dager etter inokulering. Det var 4 parallelle potter per behandling og forsøket ble gjentatt to ganger. Feltforsøk I feltforsøket ble høsthvete behandlet med de samme stoffene som ble brukt i veksthusforsøket. Ved blomstring, en uke etter behandling, ble alle plantene inokulert med en sporesuspensjon av F. culmorum i to ulike konsentrasjonsnivå: 1 X 10 4 og 1 X 10 5 konidier ml -1 (0.1 l m -2 ). Sjukdomsutvikling ble registrert som prosent misfargede småaks per aks, 14, 20 og 25 dager etter inokulering. Etter høsting ble forekomst av Fusarium smitte i kornet registrert ved bruk av en freezer blotter test (Limonard 1966). Resultater og diskusjon I forsøket med bladsegmenter av høsthvete ble det registrert en signifikant reduksjon i sjukdomsutvikling i blader fra planter som var behandlet med Resistim sammenliknet med ubehandlet kontroll (Figur 1). En signifikant reduksjon i utvikling av aksfusariose ble også registrert i planter som var behandlet med Resistim sammenliknet med ubehandlet kontroll, både i forsøk gjennomført i veksthus (Figur 2) og felt (Figur 3). I feltforsøket var det inntil 75 % reduksjon i grad av Fusarium-infeksjon i korn fra planter som var behandlet med Resistim sammenliknet med korn fra ubehandlede planter. Ingen signifikant reduksjon i aksfusariose ble registrert i planter som var behandlet med Bion eller β-aminobutyric acid. En mer utførlig beskrivelse av resultatene vil bli publisert senere (Hofgaard et al., manus).

4 I. Hofgaard et al. / Grønn kunnskap 9 (2) 345 % av bladene der sporulering av M. nivale er registrert ubehandlet Resistim dager etter inokulering Figur 1. Sjukdomsutvikling i bladsegmenter fra høsthvete etter inokulering med M. nivale. Ubehandlet: ubehandlede planter. Resistim: planter behandlet med et bladgjødslingspreparat (Resistim) ubehandlet Resistim % infiserte småaks per aks dager etter inokulering Figur 2. Utvikling av aksfusariose registrert i et veksthusforsøk med høsthvete etter inokulering med F. culmorum. Ubehandlet: ubehandlede planter. Resistim: planter behandlet med et bladgjødslingspreparat (Resistim)

5 346 I. Hofgaard et al. / Grønn kunnskap 9 (2) % infiserte småaks per aks ubehandlet Resistim dager etter inokulering Figur 3. Utvikling av aksfusariose registrert i felt med høsthvete etter inokulering med F. culmorum. Ubehandlet: ubehandlede planter. Resistim: planter behandlet med et bladgjødslingspreparat (Resistim) I våre forsøk ble plantene behandlet med et bladgjødslingspreparat som inneholdt kalium, fosfor og betainer. Kalium kan både direkte og indirekte redusere sjukdomssymptomer i planter (Palti 1981). Indusert sjukdomsresistens er registrert i planter etter behandling med fosfater (Reuveni et al 1994). Glycinbetainer kan akkumuleres i planter dersom de utsettes for salt-, kuldeeller tørkestress. Det er dessuten registrert økt toleranse mot ulike typer stress i planter etter behandling med betainer (Sakamoto & Murata 2000). Våre foreløpige resultater viser at behandling med bladgjødslingspreparatet Resistim kan redusere sjukdomsutvikling av aksfusariose i høsthvete. Forsøk der en registrerer sjukdomsutvikling av M. nivale i bladsegmenter av høsthvete forbehandlet med ulike stoffer, ser ut til å være en metode som kan benyttes for å velge ut midler som potensielt kan redusere angrep av Fusarium i hveteaks. Videre forsøk vil bli gjennomført for å klargjøre hvorfor utviklingen av aksfusariose reduseres i høsthvete etter Resistim behandling.

6 I. Hofgaard et al. / Grønn kunnskap 9 (2) 347 Referanser Barber, M.S., Bertram, R.E. & Ride, J.P Chitin oligosaccharides elicit lignification in wounded wheat leaves. Physiological and Molecular Plant Pathology 34: Bertini, L., Leonardi, L., Caporale, C., Tucci, M., Cascone, N., Di Berardino, I., Buonocore, V. & Caruso, C Pathogen-responsive wheat PR4 genes are induced by activators of systemic acquired resistance and wounding. Plant Science 164: Browne, R.A. & Cooke, B.M Development and evaluation of an in vitro detached leaf assay for pre-screening resistance to Fusarium head blight in wheat. European Journal of Plant Pathology 110: Görlach, J., Volrath, S., Knauf-Beiter, G., Hengy, G., Beckhove, U., Kogel, K.H., Oostendorp, M., Staub, T., Ward, E., Kessmann, H. & Ryals, J.A Benzothiadiazole, a novel class of inducers of systemic acquired resistance, activates gene expression and disease resistance in wheat. The Plant Cell 8: Limonard, T A modified blotter test for seed health. Netherland Journal of Plant Pathology 72: Morris, S.W., Vernooij, B., Titatarn, S., Starrett, M., Thomas, S., Wiltse, C.C., Frederiksen, R.A., Bhandhufalck, A., Hulbert, S. & Uknes, S Induced resistance responses in maize. Molecular Plant-Microbe Interactions 11: Oka, Y. & Cohen, Y Induced resistance to cyst and root-knot nematodes in cereals by DL-Bamino-n-butyric acid. European Journal of Plant Pathology 107: Palti, J Cultural practices and infectous crop diseases. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York. Pirgozliev, S.R., Edwards, S.G., Hare, M.C. & Jenkinson, P Strategies for the control of Fusarium head blight in cereals. European Journal of Plant Pathology 109: Reuveni, R., Agapov, V. & Reuveni, M Folia spray of phosphates induces growth increase and systemic resistance to Puccinia sorghi in maize. Plant Pathology 43: Sakamoto, A. & Murata, N Genetic engineering of glycinebetaine synthesis in plants: current status and implications for enhancement of stress tolerance. Journal of Experimental Botany 51: Schweizer, P., Schaffrath, U. & Dudler, R Different patterns of host genes are induced in rice by Pseudomonas syringae, a biological inducer of resistance, and the chemical inducer benzothiadiazole (BTH). European Journal of Plant Pathology 105: Tuzun, S The relationship between pathogen-induced systemic resistance (ISR) and multigenic (horizontal) resistance in plants. European Journal of Plant Pathology 107: van Loon, L.C Induced resistance in plants and the role of pathogenesis-related proteins. European Journal of Plant Pathology 103: Vander, P., Vårum, K.M., Domard, A., el Gueddari, E. & Moerschbacher, B.M Comparison of the ability of partially N-acetylated chitosans and oligosaccharides to elicit resistance reactions in wheat leaves. Plant Physiology 118: