Ett hydroponiskt system för identifiering av Fusarium rotröta resistenta rödklöversorter
Fusarium rotröta är en av de största utmaningarna i förädlingen av uthållig rödklöver. En snabb och tillförlitlig hydroponisk screeningmetod har utvecklats för att snabbt och kontrollerat identifiera resistenta plantor, och systemet implementeras nu hos Lantmännen och ger nytt hopp om starkare och mer motståndskraftiga rödklöversorter.
Rödklöver (Trifolium pratense L.) är en vallbaljväxt som odlas för sitt höga protein- och näringsinnehåll samt sin goda smältbarhet. I Sverige är det den viktigaste vallbaljväxten och odlas tillsammans med gräs i betesmarker och vallodlingar som stödjer mjölk- och köttproduktion. Rödklöverns uthållighet i vallblandningen är dock generellt lägre än hos andra vallarter. Dess livslängd påverkas av flera faktorer, däribland markburna sjukdomar såsom Fusarium rotröta. Denna sjukdom orsakas av svampen Fusarium avenaceum och angriper rotsystemet, vilket leder till dålig etablering, skördeförluster och minskad uthållighet. Eftersom det saknas effektiva kemiska behandlingar är utveckling av sjukdomsresistenta sorter genom växtförädling avgörande.
Sjukdomsscreening baseras traditionellt på växthus- och fältförsök. Även om dessa metoder är användbara kan de vara arbetskrävande och har viktiga begränsningar, såsom ojämnt sjukdomstryck, låg reproducerbarhet och starkt beroende av väderförhållanden. För att etablera en snabbare, mer kontrollerad och reproducerbar metod utvecklade forskare vid Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) ett enkelt hydroponiskt system för att testa rödklöverplantors resistens mot Fusarium rotröta. Metoden implementeras nu i större skala vid Lantmännens anläggningar för att screena många rödklöverpopulationer och identifiera plantor med förbättrad resistens.
Arbetet börjar med att rödklöverplantor odlas i steril kokosfiber (Fig. 1). När de är tillräckligt stora flyttas plantorna till hydroponiska boxar fyllda med näringslösning (Fig. 2) och får växa till sig. Boxarna har transparenta glassidor så att rötternas utveckling kan följas. Vi lägger på ett ljusblockerande skydd så att rötterna hålls i mörker när de inte observeras (Fig. 3).
Figur 1 Rödklöverplantor som växer i steril kokosfiber.
Figur 2 En vecka gamla plantor placerade i en hydroponisk box fylld med näringslösning.
Figur 3 Hydroponiska boxar täckta med ett avtagbart ljusblockerande skydd som håller rötterna i mörker och efterliknar deras naturliga underjordiska miljö.
Efter ytterligare en tidsmittar vi med svampen genom att tillsätta en suspension med Fusarium sporer t till näringslösningen. Sjukdomssymtom, som kännetecknas av brun missfärgning av rötterna, uppträder ganska snabbt och kan observeras (Fig. 4). Infekterade plantor blir dessutom hämmade i tillväxt och mindre än friska plantor, och de ovanjordiska delarna uppvisar gulnande och vissnande blad (Fig. 5).
Figur 4 Jämförelse mellan rötter hos friska plantor (A) och plantor infekterade med Fusarium (B), 7 dagar efter exponering.
Figur 5 Jämförelse mellan blad hos friska plantor (A) och plantor infekterade med Fusarium (B), 14 dagar efter exponering.
Detta hydroponiska system erbjuder flera fördelar jämfört med andra screeningmetoder. Eftersom rötterna är synliga kan infektionen följas dagligen utan att plantorna störs (Fig. 6). Utöver visuell bedömning av sjukdomsgrad kan växtreaktioner dokumenteras medbilder, och symtom kan upptäckas, kvantifieras och analyseras med bildanalys. Denna bildbaserade metod gör sjukdomsbedömningen mer exakt och reproducerbar och möjliggör screening av riktigt många plantor.
Figur 6 Fyra veckor gamla infekterade plantor som växer i den hydroponiska boxen. Infektionens utveckling kan följas genom att ta bort det ljusblockerande skyddet.
Metoden är ett viktigt steg framåt för rödklöverförädling genom genomisk selektion. De fenotypiska data som genereras kan tillsammans med genomisk information användas för att kartlägga genetiska egenskaper bakom sjukdomsresistens. Detta studeras för närvarande inom Grogrunds forskningsprojekt “Resistance breeding for healthy crops” i samarbete med SLU i Uppsala. Målet är att utnyttja genetisk information för att identifiera kandidater som presterar väl i fältförhållanden samtidigt som de visar resistens i kontrollerade experiment.
Utöver Fusarium rotröta kan systemet även anpassas för att studera andra rotsjukdomar som drabbar rödklöver och andra grödor, vilket gör det till ett lovande rutinverktyg för att stärka arbetet med sjukdomsresistens. Genom att hjälpa växtförädlare att snabbare identifiera mer motståndskraftiga plantor bidrar metoden till utvecklingen av friskare vallgrödor och mer hållbara jordbrukssystem.