Tolerans i korn mot övervattning

Sammanfattning av slutrapport
Nederbörden liksom risken för översvämningar kommar att öka i norra hemisfären genom framtida klimatförändringar. Det ställer större krav på grödornas tolerans mot för mycket vatten. Av våra stråsädesgrödor är det korn som är speciellt känslig och det är därför viktigt med en riktad förädling för denna typ av stress. Projektet syfte har därför varit att undersöka om det är möjligt att simulera förhållandena i vattenmättad jord med hydrokulturodling i syrefattig jord. Två möjliga karaktärer har studerats - rottillväxt och klorofyllfluorescens. Bägge påverkas snabbt om odling sker i dåligt dränerad och vattenmättad jord. Resultaten visar att hydrokulturer är möjliga att använda och både rottillväxt och klorofyllfluorescens speglar genotypskillnader i tolerans mot övervattning i jord. Det finns vidare stor genetisk variation och nya sorter har i allmänhet högre tolerans än äldre. Genetiska studier visar på speciellt två regioner på kromosom 3 och 4 som kan kopplas till vattentolerans.

Populärvetenskaplig sammanfattning
Tolerans i korn mot övervattning

Syfte med studien
Korn är mycket känsligt för odling på vattensjuka jordar, något som kommer att öka med förväntade klimatförändringar. En direkt förädling för egenskapen är därför önskvärd och för det behövs en effektiv selektionsmetod och genetisk variation i förädlingsmaterialet.

Resultat
För att simulera förhållanden i vattenmättad jord kan vattenkulturodling oluftad näringslösning med fördel användas. Lämpliga selektionskriterier är rottillväxt och klorofyllfluorescens. Roten är den som först påverkas i dåligt dränerad jord liksom fotosyntesen och därmed även klorofyllfluorescensen. Bägge kriterierna uppvisade en god korrelation till ett toleransindex beräknar från skotttillväxten med och utan vattenmättnadsstress. Det senare valdes dock eftersom skillnader i fluorescens kan påvisas redan efter några dagar med stress, medan effekten på rottillväxten först efter 14 dagar. Studien visar på en stor genetisk variation bland sorter och aktuellt förädlingsmaterial. Ett intressant resultat är en tydlig trend i ökad tolerans i nya sorter. Anledningen är att högre tolerans även påverkar avkastningen positivt och förädlingen har därmed oavsiktigt anpassat sortmaterialet till ökad nederbörd. Ett annat intressant resultat är att hög fluorescens kan kopplas till vissa regioner på kromosom 3 och 4. Det öppnar möjligheter att använda genetiska markörer i selektionsarbetet, något som är viktigt i den framtida växtförädlingen mot mer stresståliga sorter.

Metod - mycket kort
En allmän ståndpunkt är att nederbörden kommer att öka i och med pågående klimatförändringar. Det och högre vattenstånd i hav, sjöar och vattendrag ökar risken för översvämningar och vattensjuka jordar. Olika grödor är mer eller mindra känsliga om jorden är dåligt dränerad och korn är den gröda som kanske är mest känslig av alla. Det kan man se på våren där kornet ofta är gult i svackor på fältet. Att förädla för ökad tolerans mot vattenstress och annan stress är svårt eftersom olika partier på fältet ofta är utsatta för olika grad av stress. Först efter provning under flera år och på olika lokaler är det möjligt att avgöra en sorts stresstolerans. För att tidigt i förädlingsgången välja för vattentolerans behövs därför en specifik selektionsmetod som är oberoende av yttre faktorer. I projektet har möjligheten att använda effekten på rottillväxt och fotosyntes hos vattenkulturodlade småplantor under syrebrist undersöks som selektionskriterie. Syrebrist är det som först uppträder i dåligt dränerad jord. I en serie studier har både själva odlingen och fotosyntesstudierna varierats tills den uppmätta rottillväxten och fluorescensen från bladen väl speglar skillnaderna i vattentolerans hos ett referensmaterial. Referensmaterialets tolerans bestämdes i tillväxt studier med och utan övervattnad jord. För fluorescensmätningarna användes ett instrument (Mini-PAM) som förstärker upp den fluorescens som normal avges från bladen och är ett mått på effektiviteten i klorofyllet. En hög flourescens betyder att många elektroner som skulle används i fotosyntesen istället går till spillo som fluorescens. Mätningarna tar bara någon sekund att göra. Det är dock vikigt att allt görs på ett noga definierat sätt. Efter avslutad metodutveckling användes metoden för studier av gamla och nya sorter och förädlingsmaterial. En markörpopulation med 130 fördubblade haploider från en korsning mellan en tolerant och känslig kornsort karakteriserades även avseende fluorescens och med hjälp av 384 DNA markörer studerades vilka regioner på kromosomerna som är inblandade vid tolerans för vattenstress.

Slutsatser med nytta för och råd till näringen
Den utvecklade metoden att använda hydrokulturer och klorofyllfluorescens för selektion av tolerans för vattenstress är unik och kan användas av näringen för urval av föräldrar, linjer och enskilda plantor. Resultaten från undersökningen visar att det är mycket viktigt att allt standardiseras innan och under mätningen. Om detta görs kan god repeterbarhet uppnås. Undersökningen visar på stor variation både i befintligt sortmaterial och i förädlingsmaterial. Resultaten visar att det är bland nya sorter och linjer som den högsta toleransen finns att söka. Det är därmed ingen anledning att leta bland äldre sorter och genbanksmaterial. Preliminära undersökningar visar att sorter som är toleranta för vattenstress även är torktoleranta, med andra ord, en selektion för vattentolerans kan även resultera i mer torktoleranta sorter. Både vattentolerans och torktolerans bidrar till ökad odlingssäkerhet och där med högre avkastning. Det faktum att förädlingen idag på främst högre avkastning även innebär en ökad stresstolerans, förringar inte betydelsen av specifika medoder för selektion för stresstolerans. Det finns idag en uppenbar risk att intressanta genotyper kastas bort i tidigare generationen. En bra selektionsmetod skulle fånga upp även dessa och på så sätt öka effektiviteten inte bara för stresstolerans utan även avkastning.
I undersökningen har flera intressanta regioner på kromosom 3 och 4, s.k. QTL hittas, som kan kopplas till vattenstress. Med hjälp av genetiska markörer kan dessa QTL användas direkt för selektion i tidiga generationen. Den genetiska kartläggningen av markörpopopulationen kan även få stor betydelse för nya metoder under utveckling för selektion av specifika genotyper.