Mineralnäring, biotiska interaktioner och växtbioteknik

Question 1

Ge några exempel på biotiska interaktioner en växt kan tänkas ha.

Answer 1

• Patogener
• Herbivorer
• Pollinatörer
• symbios: tex mykorrizha/bakterier.

Question 2

Vatten och mineralämnen finns löst bundna i jorden, vilka beståndsdelar behövs för att jorden ska bli så fertil som möjligt?

Answer 2

Lika delar sand, silt och lera ger de mest fertila jordarna. Lera och silt är negativt laddade och ger bra adhesion till vattenmolekyler och bibehåller mineraler (katjoner). Sand tillåter syrgas att diffundera ner i rötterna. Bra kombo då rötterna behöver både syrgas och vatten.

Question 3

Jordpartiklar är för det mesta negativt laddade, vad får detta för konsekvenser?

Answer 3

Katjoner (t ex kalium, magnesium och calcium) binder till negativt laddade jordpartiklar, medan anjoner repelleras och därför mycket lättare går förlorat. Rötterna tar upp katjonerna genom att utbyta H+ och ta upp andra katjoner istället.

Question 4

Hur påverkar jordens pH katjonutbytet?

Answer 4

Katjoner är mer tillgängliga i svagt sura jordar, eftersom H+ joner släpper iväg
katjoner från negativa lerpartiklar. Det ideella pH värdet i jordar är därför mellan 6,2 och 7.

Jordens pH påverkar inte bara katjonutbytet utan även mineralernas kemiska form.

Question 5

Vad är humus och vad har det för funktion?

Answer 5

Humus är organiska komponenter i jord, organiskt material som brytits ner så att man inte längre kan urskilja dess ursprung. Humus förhindrar att leran klumpar ihop, vilket ger bra struktur.Toppjordlagret innehåller mycket humus, och bakterier, svampar, alger, protister, maskar, nematoder och växtens rötter. Dessa organismer hjälps åt att bryta ner organiskt material och blanda jorden, vilket ökar katjonutbytet – är en näringsreservoar.

Question 6

Skörd påverkar näringsinnehållet i jorden negativt, då man urholkar jorden på näringsämnen som går in i grödor istället. Hur hanterar man detta och vad får det för konsekvenser?

Answer 6

Man hanterar urholkning av jordar med gödning, alltså att artificiellt tillföra näringsämnen i jorden med NPK – kväve, fosfat, kalium. Det finns organiska gödningsmedel som återför organiskt material som bryts ner till näringsämnen via mikroorganismer, tex kompost och gödsel. Det finns även syntetiska gödningsmedel som endast innehåller färdiga näringsämnen för växterna, då går man dock miste om mikroorganismer.

Question 7

Kan man odla utan jord?

Answer 7

Ja! Hydroponisk/vertical farming blir ett allt vanligare sätt att odla då det tar mindre plats. Man odlar då växterna direkt i vatten som man berikar med näringsämnen man vet behövs.

Question 8

Inom mineralnäring för växter har man förstått att växter behöver 9st macronutrients och 8st micronutrients, vad definierar man dessa som och vilka är det?

Answer 8

Macronutrients: det växter behöver stor mängd av, micronutrients: det växter endast behöver små mängder av.

Macro: Kol, syre (båda i CO2), väte (i H2O), kväve (nitrat), kalium, calcium, magnesium, fosfor, svavel.

Micro: klor, järn, mangan, bor, zink, koppar, nickel, molybden.

Question 9

Mineralnäringsbrist beror på två faktorer, som har med brist och överskott på näringsämnen att göra, vilka?

Answer 9

• Det ämne som det råder brist på bestämmer växtens tillväxt och avkastning.
• Men, ett ämne som förekommer i överskott kan binda upp andra ämnen och därmed orsaka en brist.

Question 10

Vad är magnesium viktig för och hur ser du att en växt har magnesiumbrist?

Answer 10

Mg2+ är väldigt viktig för fotosyntesen/ klorofyll. Mg2+ brist visar sig först på de äldre bladen som gulnar mellan venerna. Fortsätter brister får du döda fläckar på bladen och de faller lätt av.

Question 11

Vad är fosfor viktig för och hur ser du på en växt att den har fosforbrist?

Answer 11

Fosfor (H2PO4) är viktig för rotsystemet och fruktsättning. Fosforbrist ger färre blommor och frukter mognar långsammare. Det ger även svaga stjälkar och bladen blir ofta
blå/lila på undersidan.

Question 12

Vad är järn viktig för och hur ser du på en växt att den har järnbrist?

Answer 12

Fe3+/2+ är en viktig co-faktor för klorofyll-syntes. Järnbrist sker oftast när pH är över 6.5 och är lätt att känna igen då det drabbar de yngre bladen först som gulnar mellan venerna och i utkanten för att sedan gulna helt.

Question 13

Vad använder växten calcuim till och hur ser man om en växt har calciumbrist?

Answer 13

Ca2+ sköter transport av näring inom växten och bygger upp cellväggarna. Brist syns genom att topparna blir brända, ruttnar och tillväxt stannar upp. Frukter som tomat ruttnar i ena änden. Brist kan även bero på miljöfaktorer som för torrt medium eller fuktig luft.

Question 14

Vad har kväve för roll i växtnäring och hur avgör man om en växt har kvävebrist?

Answer 14

Kväve är allmänt viktigt för tillväxt då det är en viktig komponent i aminosyror, kvävebaser, proteiner, hormoner, klorofyll och co-enzymer. Kvävebrist visar sig genom att de äldre bladen börjar gulna helt, något som sprids uppåt plantan om bristen fortsätter.

Question 15

Varför är svavel viktigt och hur ser man att svavelbrist har uppstått?

Answer 15

Svavel är en komponent i många proteiner och co-enzymer. Brist visar sig genom att de yngre bladen gulna medans de äldre bladen
fortsätter vara gröna.

Question 16

Symptom på mineralämnes-brist beror på ämnets funktion och mobilitet. Hur skiljer sig brist på mobila ämnen från immobila ämnen i hur de uttrycker sig?

Answer 16

Brist på mobila ämnen som Mg2+, K+, P påverkar gamla blad mest, medan brist på immobila ämnen påverkar nya blad mest, tex Fe2+/3+ och Ca2+.

Question 17

Kväve i jorden är ofta begränsat, men många jordbakterier har en roll i kvävecykeln som utnyttjas av växter. Hur ser denna process ut generellt?

Answer 17

Kvävefixeande bakterier fixerar kväve från atmosfären som ammoniak (NH3) och även ammoninifierande bakterier producerar detta från humus. I jorden bildas ammoniumjoner som kan tas upp av nitrifierande bakterier som omvandlar kvävet till en form som växter kan ta upp: nitrat (NO3-).

Question 18

Växter kan också leva i symbios med kvävefixerande organismer för att få tillgång till kväve. Ge två exempel på denna typ av symbios.

Answer 18

Rhizobakterier som lever i symbios med ärtväxter.

Mykorrizhasvampar:
- Arbuskular/endo mykorrhiza - associerar med de flesta växter
- Ektomykorrhiza: associerar med
några specifika växter

Question 19

Hur fungerar Rhizobium-ärt symbiosen?

Answer 19

Rhizobakterier kan initiera nodul-bildning genom att infektera växtens rötter och modifiera rotens anatomi genom att producera hormoner som stimulerar växtens tillväxt. Nodulerna utgör en anaerob miljö som bakterierna kan leva i och fixera kväve – i retur får bakterien socker från växtens fotosyntes. Detta gör näringsämnen mer tillgängliga för växtens rötter.

Därmed ökar de avkastningen från odling och minskar behov av gödningsmedel. Ibland odlas sk gröngödsel, t ex Medicago, efter skörd för på ett naturligt sätt öka näringsinnehållet i jorden.

Question 20

Hur fungerar symbios mellan växter och mykorrhiza? Fördelar?

Answer 20

Mykorrhizasvampar byter näring från jorden mot bundet kol från växtens fotosyntes. Fördelaktig för växten genom att symbiosen förstora rotens yta (högre vatten- och mineralnäringsupptag) samt ger antibiotika och skydd från patogener. Fördelaktivt för svampen att den får bundet kol från fotosyntes.

Question 21

Vad är ektomykorrhiza? vilka växter associerar den med och hur?

Answer 21

Ektomykorrhiza (EM) är en svamp som associerar med ca 10% av alla växter (vedartade - träd) och bildar fruktkroppar runtom träden. Rötter med EM är relativt tjocka, korta och har inga rothår. Svamphyferna växer in mellan celler (inte i cellväggen utan i mellanrum) i roten på växterna den har symbios med.

Question 22

Vad är arbuskulär (endo) mykorrhiza? vilka växter associerar den med och hur?

Answer 22

Arbuskulär mykorrhiza (AM) utgörs av mikroskopiska svamphyfer som tränger in i rotens celler (genom cell väggen men inte genom cell membranen!). Upp till 85% av alla växter associerar med AM! Var viktig för koloniseringen av land (väldigt obördig jord) för miljontals år sedan!

Question 23

På botten av många näringskedjor, är växter - som är primärproducenter - sårbara för patogener. Ge några exempel på patogener växter behöver tampas.

Answer 23

• Virus
• Nematoder
• Bakterier
• Svampar (fungi)
• oomyceter (algsvampar)
• herbivorer

De flesta växter är resistenta mot patogener – sjukdom är ett undantag, ingen regel! Upprustningen mellan växter och patogener leder till en diversitet i försvars- och sjukdomsgener.

Question 24

Varför är kunskap om växtpatogener relevant?

Answer 24

Växtpatogener orsakar 10 – 30% förlust av grödor årligen. Upp till 25% av växtens gener
svarar på en patogeninfektion!

Question 25

Växter utsätts för oräkneliga mikrober, men bara mycket få kan orsaka sjukdom. Vad gör att en interaktion kan orsaka sjukdom? (sjukdomstriangeln!)

Answer 25

1. Patogenen måste överlista växtens försvar.
2. Värdväxten måste vara känslig för patogenen.
3. Miljön måste vara gynnsam för patogenen

Question 26

Hur hitter patogener sina värdar?

Answer 26

Vind, vatten, insekter och kemotaxis hjälper patogener att finna sina värdar. Nematoder, svampar, bakterier och oomyceter kan känna av och svara på växtens exudat (utsöndring av olika ämnen).

Question 27

Vilka saker behövs för att en patogen ska lyckas?

Answer 27

En patogen måste:
- Finna en värdväxt och sätta sig fast
- Komma igenom växtens yttre försvar
- Undvika växtens försvarsresponser
- Växa till och reproducera sig
- Sprida sig

Question 28

Patogener är biotrofer, nekrotrofer, eller hemibiotrofer, vad innebär dessa begrepp?

Answer 28

• Nekrotrofer: dödar celler och konsumerar innehållet, producerar toxiner och cellväggs-nedbrytande enzymer.
• Biotrofer: lever inne i värdvävnaden utan att orsaka död, undviker att utlösa försvarsresponser.
• Hemibiotrofer: kan övergå från att vara biotrof till att bli nekrotrof

Question 29

Vilka skydd har växter mot patogener?

Answer 29

• Fysisk barriär: som epidermis med kutikula och periderm. Dock är stomata ett problem då saker kan ta sig in den vägen när de är öppna. Även attacker från herbivorer lämnar vävnader sårbara för andra patogener.
• Pattern/PAMP triggered immunity (PTI):
  Pattern recognition receptors (är typ samma som Toll-like receptors i djur) är en igenkänningsmekanism för patogener. Har en extracellulär del som känner igen konserverade mikrobiella element aka PAMPs (pathogen-associated molecular patterns), och en intracellular kinasdomän som sätter igång en intracellulär responskaskad med Ca2+ som sekundär messenger för att ändra genuttryck - initiera försvar . Exempel på PAMPs är flagellin, lipopolysaccharid (LPS), peptidoglycan (PGN), kitin.
• Effector Triggered Immunity (ETI): Patogener har så klart evolverat mot att undvika detektion av PAMP-triggad immunitet, och kan därför utsöndra så kallade effektorer som undertrycker växtens immunförsvar - ger så kallad Effektortriggad känslighet. Detta har lett till utveckling av effektortriggad immunitet hos växter som består av hundratals R-gener som kodar för R-proteiner (R för resistance) är intracellulära immunreceptorer som vardera är effektiv mot en typ av effektor. Dessa receptorer kan sätta igång intracellulära signalkaskader som triggar ett förstärkt försvar som innefattar lokal och systemisk respons.

Question 30

Vilka försvarsresponser kan växter ta till för att hejda patogenattacker?

Answer 30

• Kallos (en polysackarid) förstärker cellväggen och fungerar som en barriär för patogener.
• ROS är giftig för patogener
• Fytoalexiner är antimikrobiella proteiner som kan döda bakterier och svampar.

Question 31

Vad innefattas i det lokala svaret som sätts igång av det effektortriggade försvaret?

Answer 31

Hypersensitivitets responsen (HR): En formation av en ring av celldöd runt den infekterade platsen av växten, vilket hindrar (biotrofa) patogener från att sprida sig. Responsen inkluderar även produktion av enzymer och kemikalier som försämrar patogenens cellväggsintegritet, metabolism eller reproduktion.

Question 32

Vad innefattas i det systemiska försvaret, aka
“systemic acquired resistance” (SAR) som triggas av den effektortriggade immuniteten?

Answer 32

Det systemiskt förvärvade försvaret fungerar som en varning/alarm till resten av växten vid en infektion. En signalmolekyl som kallas metylsalicylsyra produceras runt infektionsstället, bärs av floemet genom hela växten och omvandlas sedan till salicylsyra i områden långt från infektionsställena. Salicylsyra aktiverar en signaltransduktionsväg som gör att försvarssystemet reagerar snabbt på en annan infektion, detta är inte specifikt
för en visst patogen utan mot en uppsjö av patogener - basically “be ready for anything” och varar i ett par dagar.

Question 33

Hur skyddar sig växter mot herbivorer (växtätare)?

Answer 33

Produktion av Jasmonater, ett fytohormon, som också används i försvar mot nekrotrofa patogener. Jasmonater bidrar till försvar genom att sätta igång produktion av herbivorinducerade flyktiga ämnen, vilket förbereder andra delar av växten för attack och attraherar predatoriska insekter.

Question 34

Salisylsyra och jasmonat-signaler motverkar ofta varandra, varför tror man att det är så?

Answer 34

Kanske för att patogeneciteten hos nekrotrofer ökar av hypersenstivitets responsen (HR), så HR bör undertryckas i närvaro av nekrotrofer.

Question 35

Vilka nackdelar medför försvarsresponser?

Answer 35

Försvarsresponser tar mycket tid och energi, så det kan ha en inverkan på andra processer som minskar tillväxt.

Torka och ABA ackumulering minskar försvarsresponser mot patogener, så en avvägning mellan olika svar är viktig! (mycket information om omvärlden behövs!)