Agronomija

Vsebinski opis projekta
 

Polži predstavljajo gospodarsko pomembne škodljivce v kmetijstvu. Številne rastlinske vrste ob napadu škodljivega organizma začno sproščati hlapljive snovi, ki privabljajo naravne sovražnike herbivorov. Hlapljive snovi imajo pomembno vlogo v multitrofičnem sistemu, ki ga sestavljajo rastlina, herbivor in njegov naravni sovražnik. Delujejo kot neke vrste kemični signali, ki neposredno vplivajo tako na herbivora kot tudi na njegovega naravnega sovražnika. Zaradi rastlinskih poškodb se v nadzemnih in podzemnih organih vzpodbudijo kvantitativne in kvalitativne spremembe v določenih metabolitih. Med številnimi obrambnimi odzivi sta pomembni sinteza antioksidantov in aktivacija antioksidativnih encimov. Eden izmed pomembnih antioksidantov v rastlini je tripeptid glutation, saj skupaj z askorbatom predstavlja ključni mehanizem pri odstranitvi reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS). Glutation sodeluje v redoks reakcijah, pri asimilatorni redukciji žvepla, in je ključna signalna molekula v koordinaciji privzema sulfata, njegovi asimilaciji in odzivu rastlin na stres, saj aktivira obrambne gene in sodeluje v razvoju z žveplom pridobljene odpornosti (sulphur induced resistance, SIR). Glutation nadalje sodeluje v detoksifikaciji škodljivih snovi, med drugim isotiocianatov kot produktov razgradnje glukozinolatov v križnicah ob napadu herbivorov. Biotično varstvo rastlin je način obvladovanja škodljivih organizmov v kmetijstvu in gozdarstvu, ki uporablja žive naravne sovražnike (koristne organizme). Usmerjeno je v varovanje in vzpodbujanje koristnih organizmov v naravi in na ciljno vnašanje organizmov na prosto ali v prostore ločene od narave. Uporaba biotičnih pripravkov zahteva več znanja uporabnikov in tudi njihovo večjo ekološko osveščenost. Pripravki, izdelani na biotični podlagi, so ekološko ustreznejši, njihovo delovanje je bolj specifično, pomembna je njihova formulacija in aplikacija ter natančnost rokov tretiranj. V raziskavi želimo ugotoviti ali nadzemski deli rastlin solate (Lactuca sativa) in zelja (Brassica oleracea var. capitata), ki jih poškodujejo različne vrste polžev; španski lazar (Arion vulgaris) in mrežasti slinar (Deroceras reticulatum) inducirajo izločanje hlapljivih snovi v koreninskem sistemu, in kakšno vlogo imajo te snovi na usmerjenost gibanja parazitskih ogorčic polžev (Phasmarhabditis hermaphrodita, P. papillosa, Oscheius myriophila). Predpostavljamo, da mukus polžev in poškodbe nadzemnih delov zaradi obžrtja inducirajo askorbatno-glutationski cikel in z žveplom prodobljeno odpornost (SIR). Ugotoviti želimo ali imajo povišane vsebnosti glutationa v rastlinah vpliv na kemotaksično gibanje ogorčic in odvračilen učinek na polže. V ta namen bomo v rastlinah vzpodbudili SIR s predhodnim tretiranjem rastlin s sulfatom. Cilji projekta: (1) z našo raziskavo želimo obogatiti obstoječe znanje iz področja multitrofičnega komuniciranja med organizmi; (2) glavni namen raziskave je predvsem ugotoviti kdo je glavni komunikator s parazitskimi ogorčicami polžev (POP) – rastlina ali polž; (3) v primeru potrditve teze, da rastlina ali polž proizvajata semiokemikalije, ki delujejo privabilno na POP bo mogoče v prihodnje razviti feromonske kapsule na podlagi glavne aktivne snovi, ki bi privabile POP h koreninam rastlin v večjem številu in s tem bi poskrbeli za njihovo večjo zaščito; (4) optimizacija načinov biotičnega varstva rastlin pred škodljivimi organizmi in njihova implementacija v pridelavo živeža; (5) razvoj optimiziranih postopkov za vzorčenje in analizo semiokemikalij na izbranih organizmih. Poznavanje komunikacije med rastlinami, herbivori in njihovimi naravnimi sovražniki je ključnega pomena pri učinkovitejši implementaciji in optimizaciji biotičnega varstva v sisteme pridelave živeža.

Faze projekta in njihova realizacija

Faza 1 (BF+FKBV)

 Namen prve faze:

• vzorčenje in priprava vzorcev za biokemične analize (BF, FKBV); pridobiti koreninsko gmoto in nadzemne dele nepoškodovanih rastlinskih vrst (BF); pridobiti koreninsko gmoto in nadzemne dele od polžev poškodovanih rastlinskih vrst (BF); hranjenje vzorcev za analize hlapnih spojin (BF, FKBV);

liofilizacija in mletje vzorcev nadzemnih delov za biokemijske analize antioksidantov in pigmentov (FKBV UM).

Faza 2 (KI+FKBV)

Namen druge faze:

• pridobiti informacijo o HOS, ki se izločajo iz nepoškodovanih korenin različnih rastlinskih vrst, pridobiti informacijo o HOS, ki se izločajo iz korenin rastlinskih vrst, poškodovanih od različnih vrst polžev, s časovno analizo antioksidantnih molekul bomo pridobiti informacijo o sistemskem odzivu nadzemnih delov rastlinskih vrst, poškodovanih od polžev, in njihovem pomenu pri vzpostavitvi stresne tolerance. To bo pripomoglo k boljšemu razumevanju koriščenja, transporta in degradacije teh molekul; za razumevanje pomena SIR v interakciji rastlina polž nas zanima ali imajo visoke vsebnosti glutationa v rastlinah, ki jih bomo predhodno tretirali s sulfatom (+S), vpliv na gibanje POP in aktivnost polžev. izpopolnitev in razvoj novih vzorčevalnih in analiznih tehnik v tej znanstveni disciplini.

Faza 3 (BF)

Namen tretje faze:

• pridobiti informacijo o vplivu HOS, GSH in cisteina  na gibanje POP ugotoviti, ali preučevane HOS delujejo kot atraktanti/repelenti/nimajo vpliva na POP ugotoviti, kateri dejavniki vplivajo na kemotaksijo ogorčic: vrsta ogorčic, rasa ogorčic, temperatura, HOS, koncentracija HOS.

Faza 4 (BF)

Namen četrte faze:

• preučiti obnašanje HOS in POP v sistemu, ki ne temelji na agarnem gojišču, preučiti, kaj v večji meri vpliva na gibanje POP v tleh – rastlina s svojim kemičnim signaliziranjem ali herbivor, preučiti možnost manipulacije gibanja POP v tleh z dodatkom atraktantov/repelentov, preučiti posredno obrambo rastlin pred herbivori.

Faza 5 (BF)

Namen pete faze:

• preučiti obnašanje HOS, GSH in cisteina in POP v pogojih na prostem preučiti, kaj v večji meri vpliva na gibanje POP v tleh – rastlina s svojim kemičnim signaliziranjem ali herbivor, preučiti možnost manipulacije gibanja POP v tleh z dodatkom atraktantov preučiti vsebnost glutationa v listih + S-rastlin v primerjavi z netretiranimi rastlinami z namenom pridobiti informacijo o pomenu SIR v interakciji rastlina-polž preučiti ali imajo s +S-tretirane rastline vpliv na  gibanje POP in aktivnost polžev

Partnerji v projektu

• Kemijski inštitut
• UM FKBV, UM Fakulteta za kmetijstvo in biosistemske vede