Bibliografiska uppgifter för
Vaccinering av växter - inducerad resistens
Tidskrift/serie SLF Rapport
Utgivare
Sveriges lantbruksuniversitet (SLU); Stiftelsen
Lantbruksforskning; Jordbruksverket (SJV)
Utgivningsår 2004
Nr/avsnitt
68
Författare
Liljeroth E.
Ingår i...
Jordbrukskonferensen 2004
Huvudspråk
Svenska
Målgrupp
Rådgivare
Nummer
(ISBN, ISSN) ISSN 1104-6082
Vaccinering av växter – inducerad resistens
Erland Liljeroth
Institutionen för Växtvetenskap, Sveriges Lantbruksuniversitet
Box 44, 230 53 Alnarp
040-415000
[email protected]
Sjukdomar i odlade växter
Odlade växter angrips av mikroorganismer, t.ex. svampar, och orsakar sjukdomar som måste bekämpas med kemiska
medel för att undvika stora skördeförluster. För att minska användningen av kemiska medel behövs en utveckling av
alternativa metoder. Den hittills mest framgångsrika biologiska metoden för att hindra eller minska sjukdomsangrepp är traditionell resistensförädling där man genom korsningar tillför nya gener till växten som gör den motståndskraftig mot angrepp. Detta är dock inte alltid framgångsrikt, det kan vara svårt att hitta bra resistens, att kombinera den med andra viktiga egenskaper och dessutom har den sjukdomsframkallande organismen ofta en förmåga
att ändra sina egenskaper över tiden och på så sätt överlista växtens försvar. I en del fall har man fått resistens genom
att tillföra nya gener med hjälp av genteknik och detta kan kanske få en större betydelse i framtiden. Olika odlingstekniska åtgärder spelar ofta en stor roll för växtsjukdomars möjlighet att utvecklas. Biologisk bekämpning där man
applicerar andra, inte sjukdomsframkallande, mikroorganismer med verkan mot växtsjukdomarna kan ibland fungera.
Men i fältodlade grödor är de framgångsrika exemplen fortfarande få.
Växtens försvar
Alla växter har försvarssystem mot angrepp av sjukdomar. Dessa är av många olika slag, både strukturella (t.ex ett
tjockt vaxskikt på bladytan) och biokemiska (växten bildar ämnen som är giftiga för angriparen). Det kan också vara
så att när en växt blir angripen så dör hastigt ett antal växtceller i området där en svamp försöker växa in och
därmed dör svampen också eftersom den inte längre har direkt tillgång till levande växtceller. Det kallas för
hypersensitivitetsreaktion och kan kanske karakteriseras som en slags brända jordens taktik. Det finns många exempel på olika sätt som växter kan försvara sig på och flera hundratals eller tusentals gener hos växten är inblandade i
detta. Men de flesta av dessa försvarssystem är inte påslagna så länge växten växer normalt och inte är angripen. Det
skulle kosta växten för mycket energi att ständigt ha försvaret påslaget.
Vad gör en växt resistent
Om en växt lyckas försvara sig och undvika angrepp beror i hög grad på om den tillräckligt snabbt efter att t.ex. en
svampspor gror på växtytan hinner sätta på försvaret. Det gäller alltså att kunna känna igen en farlig mikroorganims
så fort som möjligt. Har svampen lyckats tränga in i växten är det ofta för sent. En resistent sort har en eller ett fåtal
gener som gör att den specifikt kan känna igen en viss mikroorganism redan innan den hinner tränga in. Genom
olika kemiska signaler i växten sätts sedan försvaret, med alla ingående komponenter, igång tillräckligt tidigt och
angreppet kan avstyras. En gen för resistens som man infört i växten har alltså funktionen att koda för en receptor
som känner igen den farliga organismen och därefter ”slår larm”. Denna genetiska resistens är specifik mot en viss
sjukdom. Denna beskrivning är dock förenklad, eftersom det finns flera andra sätt på vilka resistensgener verkar.
Hursomhelst är det viktigt att komma ihåg att även en mottaglig sort har försvarssystemen mot sjukdomsangrepp
men att dessa normalt inte hinner sättas på i tid.
Inducerad resistens
Frågan är då om de försvarssystem som växter har kan stimuleras på andra sätt. Sedan början på förra seklet har man
observerat att växter ibland kan försvara sig bättre mot en sjukdom om man en tid innan applicerat t.ex. sporer av
en annan organism, som i sej själv inte orsakar sjukdom (Agrawal, 1999). En från början mottaglig sort blir alltså mer
motståndskraftig efter behandlingen. Denna ökade motståndskraft är oftast ospecifik, dvs växten får ett förbättrat
försvar mot flera olika sjukdomar samtidigt Man skulle kunna kalla detta fenomen en slags ”vaccinering” eftersom
man behandlat växten med ett svagt ”smittämne” och senare får motståndskraft mot ett allvarligt ”smittämne” som
inom medicinen. Det begrepp man använder är inducerad resistens men det förekommer flera olika namn bl.a.
beroende på om det bara fungerar lokalt i samma blad som man behandlat eller om försvaret förstärks systemiskt i
hela växten. Det är dock först under det senaste decenniet som man vet en del om hur inducerad resistens fungerar.
Huvudsakligen genom att studera modellväxten backtrav (Arabidopsis thaliana) har man en hel del kunskap om
mekanismerna bakom inducerad resistens, vilka gener som är inblandade och vilka signaler i växten som gör att
försvaret sätts på. Bl.a. har man funnit att vissa kemiska ämnen, t.ex salicylsyra, jasmonater, och etylen är inblandade i
hur försvaret sätts på. Det finns flera olika biokemiska vägar för hur inducerad resistens uppkommer. I laboratorieförsök och ibland i fält kan man få ett förbättrat försvar bara genom att applicera salicylsyra (eller liknande ämnen) i
108
ganska små koncentrationer. Det finns också kommersiella preparat som bygger på detta (BION). Jag tror man skulle
kunna sammanfatta de praktiska resultaten med att det kan fungera ibland men resultaten är ofta väldigt variabla,
och effekten är inte lika god som en bra genetisk resistens eller kemisk bekämpning. Men det finns lovande exempel. I Israel har man med ganska god framgång använt biologisk bekämpning mot svampsjukdomar i grönsaker bl.a.
med preparat av Trichoderma harzianum. Efter att tidigare trott att effekten berodde på en direkt verkan av
Trichoderma-svampen, tror man nu allt mer att behandlingen med svampen inducerar resistens i växten, bl.a.
eftersom behandling av rotsystemet ger skydd också i bladen (Elad, 2000). Och även om inducerad resistens själv
inte är tillräckligt effektiv kan det spela en roll integrerat med andra metoder.Vid bekämpning av potatisbladmögel
med fungiciden mancozeb har man funnit att effekten blivit bättre om man samtidigt applicerar ett ämne som ger
inducerad resistens (BABA, DL-3-aminobutyric acid) (Baider 2003). Det finns flera liknande exempel. Från modellväxten backtrav vet man att effekten kan bli bättre om man lyckas inducera olika signalvägar samtidigt och att olika
sorter av backtrav kan induceras olika lätt. När man har mer kunskaper om de biokemiska signalvägarna också i de
odlade växterna finns kanske en möjlighet att förädla fram mer ”lättinducerade” sorter.
Egen forskning
Vi har vid Institutionen för Växtvetenskap i Alnarp studerat inducerad resistens mot Bipolaris sorokiniana (en bladfläcksjuka, men orsakar svåra rotproblem i andra länder) i korn. Idriella bolleyi heter en saprofytisk svamp som är
vanlig i jordbruksmark och särskilt koloniserar rötterna på cerealier men också andra gräs. Några veckor efter
groning brukar den finnas på större delen av rotsystemet och man har länge trott att den ger ett visst naturligt skydd
mot rotinfektioner genom att konkurrera bra med näringen som frigörs från rötterna. Om man före sådd inokulerar
frön med sporer av den svampen bildar den snabbt stora mängder av nya sporer som sprids med vatten och gör att
man får en betydligt tidigare kolonisering av rötterna.Vi har funnit att fröinokuleringen ger växten en förbättrad
motståndkraft mot B. sorokiniana, både i roten och i bladen (Liljeroth, 2002).Växten blir inte helt resistens men
storleken på sjukdomssymptomen kan minska med mer än hälften (se figur). Eftersom I. bolleyi inte kan kolonisera
bladvävnaden måste effekten bero på någon form av inducerad resistens.Vi kan detektera vissa förändringar i
uttrycket av försvarsrelaterade proteiner i samband med induceringen. När sporer av B. sorokiniana försöker penetrera bladytan har vi upptäckt att den s.k. hypersensitivitetsreaktionen (se ovan) sker betydligt oftare i inducerade
plantor än i kontrollplantorna. Detta kan vara ett av sätten som växten har förbättrat försvaret på.
Figur. Bilden visar sjukdomssymtom på kornblad efter inokulering med sporer av
Bipolaris sorokiniana. Alla plantorna är av samma sort men de plantor som
förbehandlats med den saprofytiska svampen Idriella bolleyi har betydligt
mindre sjukdomssymptom.
Sammanfattning
Det finns uppenbarligen försvarssystem i växten som kan stimuleras genom att applicera olika icke-patogena organismer eller vissa kemiska ämnen som ingår i växtens signalvägar för att slå larm. För att detta skall få en större
praktisk användning krävs utökade kunskaper om hur försvaret fungerar i odlade växter. Och även om inte
inducerad resistens själv löser ett växtskyddsproblem kan det spela en roll integrerat med andra metoder.
Referenser
Agrawal AA, Tuzun S, Bent E (eds.) (1999) Induced Plant defenses against pathogens and herbivores. Biochemistry,
Ecology and Agriculture. APS Press. The American Phytopathological Society.
Baider A, Cohen Y (2003) Synergistic interaction between BABA and Mancozeb in controlling Phytophtora infestans in
potato and tomato and Pseudoperoospora cubensis in cucumber. Phytoparasitica 31:4, 399-409.
Elad Y (2000) Biological control of foliar pathogens by means of Trichoderma harzianum and potential modes of action.
Crop Protection 19 (8-10), 709-714.
Hammerschmidt R, Metraux J-P.,Van Loon LC (2001) Inducing resistance: a summary of papers presented at the First
International Symposium on Induced Resistance to Plant Diseases. European Journal of Plant Pathology 107, 1-6.
Liljeroth E, Bryngelsson T. (2002) Seed treatment of barley with Idriella bolleyi causes systemically enhanced defence
against root and leaf infection by Bipolaris sorokiniana. Biocontrol Science and Technology 12, 235-249.
109
