Ökad tillväxt (ekofysiologi)

Projektmedlemmar: Prof. Martin Weih, Dr. Nils-Erik Nordh

Anknytna till projektet: Dr. Lorenzo Bonosi (SAMBA1)

Hittills uppnådda resultat

Vilka växtkaraktärer är mest relevanta?

Salix är en flerårig gröda, där en slutlig bedömning av produktionen kan göras först efter flera års tillväxt i fält. Detta försvårar betydligt växtförädlingsarbetet jämfört med ettåriga grödor. En förutsättning för en framgångsrik växtförädling av fleråriga energigrödor är därför identifiering av relevanta egenskaper hos unga plantor som reflekterar den långsiktiga produktionsförmågan i fält. Vi vill underlätta förädlingsarbetet genom att hos unga salix-plantor hitta lämpliga mått (dvs. växtkaraktärer) vilka dels är enkla att mäta i stora populationer, dels avspeglar produktionen av biomassa efter flera års tillväxt i fält. Vi har funnit att en kombination av skottbiomassa och bladkvävekoncentration hos unga plantor väl återspeglar trädens långsiktiga produktionsförmåga i fält [1, 2]. Dessa två egenskaper verkar vara viktiga drivkrafter för produktion av biomassa, och identifiering av deras genetiska bakgrund kan underlätta markörbaserat urval vid växtförädling.

Hos lövfällande träd och buskar såsom salix är längden på den period då plantorna är lövklädda avgörande för deras potentiella produktionsförmåga. Knoppsprickningen på våren är startpunkten för utvecklingen av fotosyntetiserande bladyta, medan knoppsättningen och lövfällningen på hösten sätter punkt för den årliga biomassaproduktionen. Tidpunkten för dessa tre förlopp varierar starkt mellan olika sorter, och denna fenologiska variation kan utnyttjas i växtförädlingen för att utveckla sorter som är bättre anpassade till olika klimat och dagslängdförhållanden [3].

Effektiv användning av mineralnäring

Energigrödor som effektivt utnyttjar mineralnäring (ffa. kväve) kommer att spela en viktig roll i framtiden för att bibehålla eller öka skördarna, främst beroende på begränsade mark- och vattenresurser, höga priser på mineralgödselmedel och ökad miljöhänsyn (t.ex. miljökvalitetsmålen). Vi har försökt att identifiera växtegenskaper som ökar effektiviteten i mineralnäringsutnyttjande, och som kan användas i växtförädlingsarbetet. Vi mätte vertikala bladkvävegradienter

hos olika sorter av salix odlade i fält och hittade ett intressant samband med biomassaproduktion. Maximal effektivitet i kväveutnyttjande fann vi hos sorter med en mycket svag vertikal bladkvävegradient, och dessa sorter producerade också mest biomassa [4].

Resurseffektivitet och avkastning under torka

Förhållandet mellan biomassaproduktion och vattenhushållning är avgörande för växtförädling av fleråriga energigrödor med avseende på potentiella marknader i varmare och torrare delar av världen och en framtid där tillfällig torka (t.ex. enstaka torra år) sannolikt kommer att bli vanligare på grund av klimatförändringar. Resultaten från ett växthusförsök tyder på att både effektiviteten i kväveupptag och skottproduktionen per enhet kväve är viktiga egenskaper för att förbättra tillväxt under torka, och därför relevanta karaktärer i växtförädlingen. Ökad bladkvävehalt är en anpassning för att optimera växters resursekonomi under torka, och optimerad bladkvävehalt ökar skottproduktionen per enhet kväve [5].

Planerad forskning

Sorter med hög effektivitet i närings- och vattenutnyttjande kommer att spela en allt större roll i framtiden. För att få mer kunskap om egenskaper som rör närings- och vattenhushållning samt deras genetiska bakgrund, kommer vi inom SAMBA2 att studera detta i ett fältförsök nära Uppsala och ett fältförsök med kontrasterande vattentillgång i Italien. Planen är att bl.a. använda en metod baserad på stabila isotoper som indirekt ger information om transpiration och vattenhushållning i förhållande till avkastning och stresstolerans (odlingssäkerhet) hos de olika klonerna. Vi har kommit en bit på väg inom SAMBA1 genom identifiering av områden i arvsmassan som styr variationen för egenskaper kopplade till resursutnyttjande. Inom SAMBA2 kommer vi att arbeta vidare för att identifiera viktiga växtegenskaper som återspeglar resursekonomi samt områden på genomet som styr dessa egenskaper, för att i nästa steg kunna konstruera genetiska markörer som ligger nära de styrande generna.

Odlingar av salix har antagligen stor potential för biomassaproduktion även i ett varmare och torrare klimat jämfört med Sverige. Mycket av den planerade forskningen inom SAMBA2 kommer att genomföras i salix-förädlingspopulationer odlade i Sverige och i norra Italien (foto).

Forskargrupp

Forskningen inom ämnesområdet ekofysiologi leds av Prof. Martin Weih, som har lång erfarenhet inom området. Dr. Nils-Erik Nordh ingår i forskarlaget, liksom en försökstekniker samt fältassistenter. En postdoktoral forskare kommer att anställas snart. Dr. Nordh har huvudansvaret för alla SAMBA- fältförsök (etablering, skötsel och mätningar) i Sverige.

Ladda ner (utskriftsformat): Ökad tillväxt

Publikationer

[2] Weih M. & Bonosi L. (2009) Assessment of genotype ranking in long-term biomass production of Salix based on juvenile plant traits: Breeding implications. Bioenergy Research 2: 29-36.

[3] Weih M. (2009) Genetic and environmental variation in spring and autumn phenology of biomass willows (Salix spp.): Effects on shoot growth and nitrogen economy. Tree Physiology 29: 1479-1490.

[5] Weih M., Bonosi L., Ghelardini L. & Rönnberg-Wästljung A.C. (2011) Optimizing nitrogen economy under drought: increased leaf nitrogen is an acclimation to water stress in willow (Salix spp.). Annals of Botany 108: 1347-1353.

[6] Bonosi L., Ghelardini L. & Weih, M. (2010) Growth responses of 15 Salix genotypes to temporary water stress are different from the responses to permanent water shortage. Trees 24: 843-854.

[7] Ghelardini L., Bonosi L. & Weih M. (2013) Towards making willows hot bio-resources in the South: Northern Salix hybrids can cope with warm and dry climate when irrigated. Biomass and Bioenergy (in press) http://dx.doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.01.009

Kontakter

Martin Weih, tel. 018-67 25 43,
e-post Martin.Weih@slu.se

Nils-Erik Nordh, tel. 018-67 25 61,
e-post Nils-Erik.Nordh@slu.se

Sveriges Lantbruksuniversitet (SLU)
Institutionen för växtproduktionsekologi
Box 7043
750 07 Uppsala

www.slu.se/vaxtproduktionsekologi