Endofity grzybowe traw w ochronie nawierzchni sportowych

Transkrypt

1 Endofity grzybowe traw w ochronie nawierzchni sportowych Barbara Wiewióra 1, Grzegorz Żurek 2 1 IHAR PIB, Zakład Nasiennictwa i Nasionoznawstwa, Radzików 2 IHAR PIB, Zakład Traw, Roślin Motylkowatych i Energetycznych, Radzików

2 Pochewczak na wiechlinie

3 Grzyby endofityczne to mikroorganizmy, które część lub całe swoje życie zasiedlają bezobjawowo tkanki swoich gospodarzy. Do typowych endofitów zaliczane są gatunki z rodzaju Epichloë takie jak: - Epichloë festucae var. lolii na życicy trwałej (Lolium perenne), - Epichloë coenophiala na kostrzewie trzcinowej (Festuca arundinacea), - Epichloë uncinata na kostrzewie łąkowej (Festuca pratensis).

4 Są również doniesienia o zasiedlaniu gatunków w rodzajach: Bromus, Agrostis, Elymus, Anthoxanthum, Deschampsia, Koeleria, Holcus oraz Phleum pratense i Poa pratensis występujących na naturalnych użytkach. Ogólnie szacuje się że ok. 290 gatunków traw może być zasiedlanych przez endofity (Leuchtmann,1992). W skali całego świata zasiedlane może być od 20 30% gatunków traw.

5 Bezpłciowy i płciowy cykl rozwojowy grzybów endofitycznych (wg. Schardl i Clay, 1997)

6 Grzyby te przenoszone są głównie z nasionami, a ich grzybnia zasiedla warstwę aleuronową Charakterystycznie poskręcana grzybnia widoczna w warstwie aleuronowej ziarniaka

7 Tadych i in., 2014

8 Efekty współżycia endofitów z trawami negatywne - wytwarzane alkaloidy sporyszowe mogą być przyczyną zachorowań u bydła pozytywne - tolerancja na suszę, - lepsza zdolność do regeneracji uszkodzeń po suszy - wpływ na oszczędną gospodarkę azotem, - lepsza przyswajalność fosforu, - poprawa żywotności siewek i ich krzewienia, - wyższa odporność na szkodniki, nicienie oraz niektóre choroby

9 NEGATYWNE Szkodliwość endofitów związana jest z wytwarzanymi przez te grzyby alkaloidami. Mogą one wpływać zarówno na bezkręgowce (głównie peramina), jak i kręgowce (głównie lolitrem B i ergowalina), w tym bydło (Siegel i in., 1990; Stuedemann i Hoveland, 1988), dla którego są toksyczne i powodują stany chorobowe, a nawet mogą stanowić duże zagrożenie dla życia.

10 Znane są dwie groźne choroby u bydła, których czynnikiem sprawczym są alkaloidy wytwarzane przez endofity współżyjące z trawami na pastwiskach: ryegrass staggers syndrome i fescue toxicosis (Siegel i in., 1985).

11 POZYTYWNE Wpływ zakażenia endofitem na tolerancję roślin kostrzewy trzcinowej na okresowy stres suszy

12

13 Reganeracja uszkodzeń po wiosennym okresie suszy

14 Widoczne uszkodzenia żerowania owadów z lewej (E-) i brak uszkodzeń darni z prawej (E+)

15 Żółta plamistość na kostrzewie czerwonej powodowana przez Sclerotinia homeocarpa

16 Oddziaływanie pomiędzy wzrastającymi kulturami Bipolaris sorokiniana, a: Neotyphodium coenophialum Neotyphodium lolii Neotyphodium gansuense L134 Neotyphodium gansuense L152

17 Zmiany chorobowe na oderwanych liści E+ i E- zainfekowanych przez Fusarium oxysporum (A) i Ascochyta leptospora (B).

18 Wprowadzanie grzybni endofita do siewek kostrzewy (Fot. BN Stearns, The Noble Foundation).

19 Odmiany traw, których materiał siewny zawiera endofity (Firma SCOTTS USA, katalog z Australii) Życica trwała: Brightstar SLT (48%), Catalina II (88%), Chaparral II (65,95%), Charger II (54%), Citation Fore (94%), Gray Hawk Blend (50-90%), Gray Star (40%), Quick Trans (20%), Quicksilver (68%), Quickstar II (20%), Salinas (92%), Showtime (52%), Silver Dollar (76%). Kostrzewa trzcinowa: Apache III (32%), Endeavor (16%), Innovator (70%), Matador GT (58%), Olympic Gold (22%), Pure Gold (4%), Silverado II (94%), Silverstar (40%), Tar Heel II (80%), Tomahawk GT (20%), Wolfpack (80%). Kostrzewa czerwona: Aurora Gold Hard Fescue (6%), Aurora II Hard Fescue (4%), Florentine GT Strong Creeping Red Fescue (74%), Inverness Strong Creeping Red Fescue (40%), Little Bighorn Blue Hard Fescue (64%), Seabreeze GT Slender Creeping Red Fescue (12%), Shadow II Chewings Fescue (93%),Tiffany Chewings Fescue (88%).

20 NASZE BADANIA DOTYCZĄCE GRZYBÓW ENDOFITYCZNYCH - Czy endofity są obecne na trawach w Polsce? - Czy współżycie tych grzybów z trawami jest zjawiskiem powszechnym? - Czy w jakikolwiek sposób wpływają na rośliny traw? - Czy ich obecność podnosi odporność roślin na stresy środowiskowe? - Jakie są możliwości wykorzystania endofitów w ochronie traw?

21 Występowanie endofitów na trawach w Polsce. W latach : przebadano 226 zbiorowisk trawiastych, z których pobrano 713 ekotypów w obrębie 26 gatunków traw

22 Występowanie endofitów na trawach Na 226 przebadanych stanowisk na 157 (69,5%) stwierdzono obecność roślin z endofitami endofitów brak endofity obecne

23 Występowanie endofitów na trawach Rodzaj, gatunek Obecność endofitów: Łącznie Średnio nie tak dla gatunku Festuca pratensis ,9 Festuca rubra ,4 Festuca arundinacea ,7 Lolium perenne ,9 Lolium multiflorum ,0 Festuca ovina ,4 Festuca capillata ,3 Poa pratensis ,5 Deschampsia cespitosa ,2 Phleum pratense ,0 Agrostis gigantea 3 3 Alopecurus pratensis 3 3 Arrhenatherum elatius 3 3 Bromus inermis 2 2 Cynosurus criststus 3 3 Deschampsia flexuosa Festuca gigantea 2 2 Festuca heterophylla 1 1 Glyceris fluitans 1 1 Holcus sp. 1 1 Koeleria macrantha 2 2 Phleum boehmerii 2 2 Poa compressa 1 1 Poa nemoralis 1 1 Poa palustris 1 1 Sieglingia decumbens 1 1 Łacznie ekotypów Średnie występowanie endofitów dla rodzaju Festuca 45.2%

24 Frekwencja zasiedlenia traw przez endofity 0 (brak) 1-50% 51-80% %

25 Czy endofity występujące na trawach w Polsce podnoszą ich odporność na stresy: 1. biotyczne: a) plamistość liści powodowaną przez Drechslera siccans, b) fuzarioza powodowaną przez grzyby z rodzaju Fusarium, 2. abiotyczne: a) susza, b) niskie temperatury w okresie zimy, c) stres oksydacyjny, d) podwyższona zawartość metali ciężkich.

26 Choroba plamistość liści - rośliny inokulowano zawiesiną zarodników Drechslera siccans (sprawca plamistości liści) w stężeniu 2, zarodników/1 ml wody, - oprysk wykonano dwukrotnie w odstępach tygodniowych, - po około 2 miesiącach dokonano oceny objawów plamistości liści roślin E+ i E-, - rośliny oceniano według następującej skali: 0 brak objawów i 1 objawy obecne.

27 Objawy plamistości liści powodowanej przez Drechslera siccans

28 Wyniki obserwacji porażenia traw inokulowanych zawiesiną Dreschlera siccans Numer Frekwencja (%) Istotność różnicy ekotypu E - E + t p 45 62,5 0,0 4,00 0, ,3 11,1 2,00 0, ,1 0,0 1,00 0, ,8 0,0 7,00 0, ,1 22,2-1,00 0, ,6 11,1 4,00 0, ,8 22,2 1,25 0, ,3 11,1 2,00 0, ,3 0,0 1,73 0, ,6 0,0 2,50 0, ,2 0,0 2,00 0, ,0 0,0 - - średnio 39,5 6,5 5,308 0,0000

29 Fuzarioza roślin: - rośliny kilkakrotnie opryskano mieszaniną zarodników grzybów z rodzaju Fusarium o stężeniu zarodników/1 ml (F. culmorum, F. graminearum, F. solani, F. tricinctum, F. sporotrichioides, F. equiseti i F. avenaceum), - do oceny porażenia przez chorobę zastosowano 9 stopniową skalę, gdzie 9 to brak objawów, a 1 to 50% powierzchni liści z objawami porażenia.

30 Różnice w wyglądzie roślin E- (z lewej) i E+ (z prawej) inokulowanych grzybami z rodzaju Fusarium

31 Analiza wariancji dla wystąpienia fuzariozy na roślinach Czynnik zmienności Stopnie swobody MS ekotyp ** obecność endofita *** ekotyp x obecność endofita ns ** P <0.05, *** P < 0.001, ns. nieistotne

32 Różnice w nasileniu występowania fuzariozy na roślinach wolnych od endofitów (E-) i zasiedlonych przez endofity (E+) Region Numer ekotypu Nasilenie choroby Wyniki testu t (w skali 1-9) dla badanych prób: E - E + t p P Średnio dla regionu SW Średnio dla regionu Średnio dla ekotypów Objaśnienia: P południe Polski, SW środkowo-wschodnia Polska t- wartość testu t, p: istotność różnic

33 Susza - rośliny podlewano 2 razy w tygodniu po 0,5l na doniczkę oraz raz na dwa tygodnie zasilaniu Florovitem w ilości 5 ml na 2 litry wody, - w fazie krzewienia w wariancie poddanym suszy zaprzestano podlewania na ok. 3 tygodni, a wilgotność podłoża utrzymywano na poziomie ok. 59% pojemności polowej, - pod koniec okresu suszy przeprowadzono obserwacje w oparciu o pomiary: plonu suchej masy roślin, liczby pędów, średniej masy 1 pędu oraz parametrów fluorescencji chlorofilu (Fm, Fo, Fv, Fv/Fm, RC/ABS, Fv/Fo, Pi).

34 Wyniki oceny wpływu obecności endofitów na suchą masę roślin oraz pędów w warunkach prowokowanej suszy Wariant Sucha masa (g): Rośliny: rośliny 1 pędu Kontrola E- 41,6 2,07 E+ 41,7 3,27 istotność różnicy: b.i. 0,000 Test suszy E- 40,8 2,23 E+ 41,0 3,22 istotność różnicy: b.i. 0,000

35 Wyniki oceny wpływu obecności endofitów na liczbę pędów na roślinie w warunkach prowokowanej suszy Wariant Liczba pędów Rośliny: 1 pomiar 2 pomiar przyrost Kontrola E- 20,8 29,4 8,6 E+ 14,0 22,8 8,8 istotność różnicy: 0,00 0,00 b.i. Test suszy E- 19,9 29,2 9,3 E+ 13,8 27,8 14,0 istotność różnicy: 0,00 b.i. 0,01

36 Analiza wariancji (ANOVA) dla efektu czynników zmienności. W tabeli wartości statystyki F, oraz istotności efektu czynnika na poziomie α > zaznaczono ***. Czynnik zmienności sucha masa liczba średnia pędów pędów s.m. 1 pędu obecność endofitów 0,15 68,74 *** 49,37 *** test suszy 2,83 2,455 0,11 Interakcja 0,00 0,409 0,45

37 Krzywe indukcji fluorescencji chlorofilu w zależności od obecności (E+) bądź braku (E-) grzybni endofitycznej w roślinach ekotypów życicy trwałej, poddanych stresowi suszy jednostki względne E (-) E (+) , , , , , , ,0004 0,0009 0,0014 0,0019 0,0024 0,0029 0,007 0,012 0,017 0,022 0,027 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,8 1,3 1,8 2,3 2,8 czas (mikrosek.)

38 Niska temperatura w okresie zimy: - obserwacje przeprowadzono w połowie kwietnia 2013, na roślinach, które zostały umieszczone w gruncie pod koniec roku oceniono stan roślin wczesną wiosną, tzn. przezimowanie, w skali 1 9, gdzie 1 przypisywano roślinom martwym bądź ze śladowymi objawami ruszenia wegetacji, a 9 roślinom o znacznych przyrostach i bez śladów uszkodzeń.

39 Analiza oceny przezimowania ekotypów życicy trwałej (test t). Numer E [-] E [+] t p 45 3,50 3,11 2,44 0, ,72 4,00-0,43 0, ,78 2,95 3,66 0, ,78 3,28 1,44 0, ,06 3,61-1,38 0, ,61 3,34 0,68 0, ,11 3,28-0,88 0, ,67 3,00 1,83 0, ,28 3,83-1,32 0, ,67 3,39 0,57 0, ,17 3,06 0,26 0, ,00 3,17-0,52 0,62 Średnio dla ekotypów 3,44 3,33 0,96 0,34 udział roślin martwych (%) 0,46 1,85 x x

40 Wygląd roślin życicy trwałej w czasie oceny przezimowania

41 Stres oksydacyjny - wywoływano za pomocą dwubromku dikwatu, substancji indukującej powstawanie wolnych rodników (tzw. ROS) w komórkach roślinnych, (co powoduje odbarwienie liści, ewentualnie uszkodzenia aparatu fotosyntetycznego), - odcięte liście umieszczano na 24 godziny na powierzchni 1% roztworu dwubromku dikwatu. Po tym okresie liście wyjęto, osuszono oraz dokonano pomiarów parametrów fluorescencji chlorofilu.

42 % udziału Rozkład zmienności wartości parametru Fv/Fm dla wszystkich badanych roślin, po traktowaniu liści dwubromkiem dikwatu 30,0 25,0 E- E+ 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 0,05 0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 Fv/Fm

43 Podwyższona zawartość metali ciężkich w glebie: - Rośliny podlewano roztworem: uwodnionego azotanu kadmu (0,055 mg kg -1 suchej gleby), uwodnionego siarczanu miedzi (2,75 mg kg -1 suchej gleby) oraz azotanu ołowiu (1,119 mg kg -1 suchej gleby), - badano: plon suchej masy roślin w 3 kolejnych pokosach, zawartość chlorofilu (CCM200+), parametry fluorescencji chlorofilu (PocketPea) oraz zawartość jonów kadmu, ołowiu i miedzi w roślinach pod koniec testu.

44 Analiza wariancji dla pomiarów plonu suchej masy roślin w 3 kolejnych terminach oraz łącznie Czynnik zmienności: Przyrost suchej masy po pokosie: 1-szym 2-gim 3-cim łącznie obecność metali ciężkich *** *** *** *** obecność endofita ** interakcja

45 Zawartość chlorofilu w roślinach (pomiar CCM200+). Nr Zawartość chlorofilu Statystyka t ekotypu (µg cm -2 ) E - E + t p 45 4,13 9,19-2,26 0, ,85 14,37-0,09 0, ,82 4,72-3,00 0, ,27 8,65-0,61 0, ,50 12,09-0,90 0, ,32 9,46-1,98 0, ,61 8,30-1,27 0, ,38 7,27 0,66 0, ,85 8,19 0,93 0, ,52 6,82-0,19 0, ,17 6,40 3,02 0, ,86 8,07-0,57 0,57 średnia 7,93 8,62-0,83 0,41

46 Wyniki analizy zawartości metali ciężkich w biomasie roślin życicy trwałej. Status Zawartość metali ciężkich ekotypów [mg kg -1 s.m.] (n=12) Pb Cd Cu E - 23,2 (±9.81) 10,1 (±2.11) 19,1 (± 6.32) E + 23,6 (±9,70) 12,6 (±3,4) 25,4 (±12,4) ist. różnicy b.i. 0,04 b.i.

47 Cd ppm Rozkład zawartości kadmu w badanych ekotypach 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 E- E numer ekotypu

48 PODSUMOWANIE - endofity są dość powszechne na trawach występujących w Polsce, - obecność tych grzybów może wpływać na zwiększenie odporności traw na stresy abiotyczne i biotyczne, - w celu poprawy odporności na choroby i szkodniki traw stosowanych na nawierzchniach sportowych celowe jest stosowanie materiału siewnego zawierającego endofity, - możliwość stosowania traw z endofitami w warunkach deficytu wody wymaga dalszych badań.

49 Dziękuję za uwagę