Hvaða hlutverki gegna fitusýrur og sykrur í frost- og svellþoli hvítsmára? [veggspjald]

HöfundurÚtgefandiÚtgáfuárÚtgáfustaður
Sigríður Dalmannsdóttir, Áslaug Helgadóttir, Bjarni E. GuðleifssonBÍ, LBH, RALA2001Reykjavík
RitÁrgangurTölublaðBls.
Ráðunautafundur2001276-278

sv-vegg-sd-ofl.doc

ÚTDRÁTTUR

Rannsakaðir voru lífeðlisfræðilegir eiginleikar hvítsmára sem tengjast vetrarþoli. Smærusýni voru tekin í september, janúar og maí úr þremur hvítsmárastofnum; AberHerald yrkinu frá Wales, AberHerald úrvali eftir einn vetur á tilraunastöðinni Korpu og norska stofninum HoKv9238. Smærusýnin voru notuð til að mæla frostþol og svellþol við stýrðar aðstæður á tilraunastöðinni á Möðruvöllum. Einnig voru mældar fitusýrur og sykrur í smærunum.

Norski stofninn reyndist mun vetrarþolnari en AberHerald stofnarnir, hafði bæði meira frostþol og svellþol. Heildarmagn fitusýra var mest hjá HoKv9238 sem skýrist aðallega af meira magni 18:2 fitusýrunnar (línólsýru). Í september var meira af sterkju í smærum HoKv9238 en AberHerald. Í janúar hafði sterkjuinnihaldið minnkað verulega, sérstaklega hjá HoKv9238. Af vatnsleysanlegum sykrum var mest af súkrósa. Í september mældist svipað magn af súkrósa í öllum stofnunum en í janúar mældist minna af súkrósa í AberHerald stofnunum.

Þegar AberHerald stofnarnir eru bornir saman kemur í ljós að úrvalsstofninn var bæði frost- og svellþolnari en upprunalega yrkið að hausti. Einnig hafði úrvalsstofninn meira af 18:2 fitusýrunni.

INNGANGUR

Ræktun belgjurta á sér langa sögu í Mið-Evrópu. Fyrstu tilraunir með ræktun belgjurta á Íslandi voru gerðar af Ólafi Jónssyni hjá Ræktunarfélagi Norðurlands um 1930. Aðaltilgangur belgjurtaræktunar er að auðga jarðveginn af N-samböndum og byggja upp frjósamari jarðveg.
Hvítsmári, sem vex villtur hér á landi, þykir ekki henta til ræktunar, vegna þess að hann er of smávaxinn og gefur því litla uppskeru.

Tilraunir með hvítsmára til fóðurframleiðslu hófust á RALA fyrir tæpum 15 árum. Prófaðir hafa verið stofnar og yrki frá ýmsum löndum og niðurstöður hafa sýnt að hvítsmárastofnar sem notaðir eru erlendis til fóðurframleiðslu eiga erfitt uppdráttar hér á landi vegna harðra vetra. Þykir því þörf á að rannsaka hvaða þættir hafa áhrif á vetrarþolið til þess að hægt sé að kynbæta fyrir auknu vetrarþoli hvítsmára. Nú eru helstu vonir um aukna ræktun hvítsmára hér á landi bundnar við ný norsk hvítsmárayrki.

Rannsóknir þær sem hér er sagt frá eru hluti af verkefni sem styrkt hefur verið af Rannís og er unnið í evrópsku samstarfi innan hvítsmárahóps COST 814 um "Aðlögun nytjaplantna að köldu og röku loftslagi í Evrópu". Tilgangurinn var að fylgjast með hvaða breytingar verða á lífeðlisfræðilegum eiginleikum plöntunnar þegar valið er fyrir auknu vetrarþoli.

EFNI OG AÐFERÐIR

Tilraunirnar voru gerðar veturinn 1998-1999 og notaðir þrír stofnar af hvítsmára. Norskur stofn HoKv9238, efniviður úr kynbótaverkefni í Noregi; velskt yrki AberHerald, annars vegar var notað upprunalegt yrki og hins vegar úrval eftir ræktun í eitt ár hér á landi. Alls voru 20 arfgerðir af hverjum stofni.

Plöntur voru ræktaðar í fjölpottabökkum fyrst inni í gróðurhúsi en síðan voru þær hafðar úti. Teknir voru stiklingar af smærunum þrisvar yfir árið, fyrst í september, síðan í janúar og loks í maí. Þeir voru teknir við vaxtarvefinn og þannig að 2-3 stöngulliðir væru á hverjum. Í smærunum var mælt frostþol, svellþol, magn og samsetning sykra og fitusýra.

Frostþolið var mælt í tölvustýrðri frystikistu sem lækkar hitastigið um eina gráðu á klukkutíma og fylgst með því við hversu lágt hitastig smærurnar dóu. Smærurnar sem voru notaðar til frostmælinga voru settar í plastpoka og eftir frostmeðhöndlun voru þær fluttar á rakan spírunarpappír í plastboxi og endurvöxtur metinn eftir 1-2 vikur. Niðurstöður eru reiknaðar út sem LT50 (lethal time), sem þýðir það hitastig þegar 50% af plöntunum deyr.

Svellþolið var mælt með því að binda smærurnar við nagla ofan í plastboxi og kaffæra smærurnar í vatni sem síðan var látið frjósa við -2°C. Fylgst var með því hversu marga daga smærurnar þoldu að vera undir svellinu. LD50 er sá dagafjöldi undir svelli sem veldur 50% dauða.

Sykrusambönd er helsti orkuforði plantna. Þær gegna einnig hlutverki við hörðnun plantna á haustin. Vatnsleysanlegar sykrur voru mældar með HPLC vökvagreini. Sterkjan var fyrst brotin niður í glúkósaeiningar með alfa-amylasa og síðan mæld með ljósbrotsmæli.

Breyting á samsetningu fitusýra í frumuhimnu að hausti er mikilvæg fyrir þol plöntunnar. Aukið magn af ómettuðum fitusýrum gerir plöntuna betur útbúna til að þola umhverfisálag eins og kulda. Fitusýrurnar voru mældar með gasgreini við Sjárvarútvegsháskólann í Tromsø.

Hér verður einungis sýndur hluti af niðurstöðum, en nánari lýsing á aðferðum og ítarlegum niðurstöðum mun birtast innan tíðar í tímaritinu Annals of Botany (Sigríður Dalmannsdóttir o.fl. 2001).

NIÐURSTÖÐUR OG UMRÆÐUR

Plönturnar litu vel út og voru kröftugar um haustið 1998 og höfðu framleitt töluvert af smærum. Í janúar voru smærur AberHerald stofnanna sumar dauðar og var sjáanlegur munur milli arfgerða, eldri vefur var meira skemmdur en yngri. Ekki sáust skemmdir í HoKv9238. Í maí voru AberHerald stofnarnir nánast alveg dauðir og þess vegna voru engar mælingar á þeim þá. Greinilegt er að þeir eru ekki nógu harðgerðir fyrir íslenskt veðurfar.

Veturinn 1998-1999 var fremur kaldur og snjóþungur. Lægsti meðalhiti í nóvember var -15°C. Hiti var undir 0°C frá miðjum október fram í lok apríl, að undanteknum þremur vikum í nóvember. Plönturnar voru undir snjó frá desemberbyrjun fram í lok apríl.

Hlutfall þurrefnis var meira hjá norska stofninum en hjá Aber-Herald, en enginn munur var á úrvalinu og upprunalegu yrki. Það hefur löngum verið þekkt að há þurrefnisprósenta hefur jákvæð áhrif á vetrarþolið (Levitt 1980, Røsnes o.fl. 1993).

Norski stofninn HoKv9238 var mun vetrarþolnari en Aber-Herald stofnarnir (1. tafla). Í september var AberHerald úrvalið bæði frostþolnara (P<0,01) og svellþolnara (P<0,05) en upprunalega yrkið. Það var töluverður munur milli arfgerða sem endurspeglast í háu staðalfráviki. Í janúar var enginn munur orðinn á upprunalegu yrki og úrvali þar sem viðkvæmustu plönturnar í upprunalega yrkinu höfðu gefið upp öndina.

Hluti af niðurstöðum fitusýrumælinga er gefinn í 2. töflu. Þegar niðurstöður í 1. og 2. töflu eru skoðaðar sést að stofnarnir raðast eins. Meira magn af ómettuðum fitusýrum í frumuhimnu leiðir af sér aukið frostþol og er þá aðallega munur á magni 18:2 fitusýrunnar. Samkvæmt bandarískum tilraunum hefur 18:2 fitusýran mest áhrif á hve fljótandi frumuhimnan er (Niebylski 1994). AberHerald úrval hafði marktækt meira magn af 18:2 fitusýrunni en upprunalega yrkið.

Af skilgreindum sykrum var mest af súkrósa og var marktækur munur milli stofna (3. tafla). Í AberHerald stofnunum lækkaði magn súkrósa frá september til janúar en hélst óbreytt í HoKv9238. Sterkjumagnið lækkaði í öllum stofnum frá október til janúar vegna niðurbrots.

Samkvæmt niðurstöðu þessara tilrauna þykir ljóst að framleiðsla 18:2 fitusýrunnar og súkrósa er tengd vetrarþoli hvítsmára.













HEIMILDIR

Dalmannsdóttir, S., Helgadóttir, Á. & Guðleifsson, B.E., 2001. Fatty acid and sugar content in white clover in relation to frost tolerance and ice-encasement tolerance. Annals of Botany, special issue (í prentun).

Levitt, J., 1980. Responses of Plants to Environmental Stresses. Vol. 1. Academic Press, New York.

Niebylski, C.D., Salem, N. Jr., 1994. A calorimetric investigation of a series of mixed-chain polyunsaturated phosphatidylcholines: Effect of sn-2 chain length and degree of unsaturation. Biophysical Journal 67: 2387-2393.

Røsnes, K., Junttila, O., Ernsten, A. & Sandli, N., 1993. Development of cold tolerance in white clover (Trifolium repens L.) in relation to carbohydrate and free amino acid content. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B, Soil and Plant Science 43: 151-155.