Mykorritsa fosforin kierrättäjänä

Suomen maatalousmaihin kertynyttä fosforia hyödynnetään tehottomasti, ja samalla muokkauskerroksen suuri fosforimäärä on alttiina huuhtoutumiselle. Arbuskelimykorritsaa (AM) hyödyntämällä on mahdollista tehostaa viljelykasvin fosforinottoa ja kasvua, ja siten vähentää fosforin huuhtoutumista. Tämän tutkielman tavoitteena oli selvittää mykorritsan vaikutus kasvin kasvuun ja fosforinottoon karjanlantalannoituksella mineraalilannoitukseen verrattuna sekä näiden lannoitusten pitkäaikaisvaikutusta AM-sieniyhteisöihin. Jotta lannoituskäytäntöjen vaikutus mykorritsaan voitiin suhteuttaa muihin maan laatutekijöihin, näiden käytäntöjen vaikutus myös satomääriin sekä muihin maan laatumittareihin arvioitiin. Pitkäaikainen kenttäkoe perustettiin kolmelle paikkakunnalle Pohjois-Ruotsissa vuosina 1965–66. Kuusivuotinen viljelykierto koostui joko viisivuotisesta nurmesta ja ohrasta tai ohramonokulttuurista. Lannoituskäsittelyt 32-vuoden ajan olivat suositusten mukainen (NPK) ja edelliseen nähden kaksinkertainen (2NPK) mineraalilannoitus sekä karjanlantalannoitus (KL), jonka ravinnemäärä vastasi NPK -käsittelyä. Kolmen lannoituskäsittelyn vaikutusta mykorritsan tehokkuuteen kasvin kasvun ja fosforiravitsemuksen näkökulmasta tutkittiin astiakokeissa. Mykorritsasieniyhteisöjen toiminnallisten erojen selvittämiseksi tehtiin takaisin- ja ristiinsiirrostuskoe. (5 v-%) steriloitua maanäytettä NPK- ja KL -käsittelyistä siirrostettiin käsittelemättömiin maanäytteisiin, jotka olivat samoista lannoituskäsittelyistä. Mykorritsan positiivinen vaikutus kasvin kasvuun ja fosforiravitsemukseen oli suurin kun käytettiin karjanlantaa. NPK ja 2NPK -käsittelyiden välillä ei havaittu eroja. Takaisin- ja ristiinsiirrostuskokeessa ei ollut tilastollisesti merkitseviä eroja. Nurmi- ja ohrasadot olivat suurimmat kun mineraalilannoitetta annettiin suosituksiin nähden kaksinkertainen määrä. Satomäärät olivat yhtä suuret tai suuremmat kun käytettiin karjanlantaa NPK –lannoituksen sijaan. Karjanlantakäsittely lisäsi maaperän kokonaishiili- ja kokonaistyppipitoisuutta verrattuna NPK -käsittelyyn, joka sisälsi saman määrän ravinteita. Samalla huuhtoutumiselle altis liukoisen fosforin pitoisuus säilyi alhaisella tasolla. Karjanlanta edisti mykorritsan toimintaedellytyksiä, ja siksi mykorritsasta saatua hyötyä fosforinotossa ja kasvuvaikutuksena mineraalilannoitteisiin verrattuna, mutta se ei vaikuttanut mykorritsasieniyhteisön toiminnallisiin ominaisuuksiin. Karjanlantalannoitus paransi mitattuja maan ominaisuuksia kokonaisuudessaan, eikä se vähentänyt satoja.

Interactions between transgenic trees and mycorrhizal and pathogenic fungi

The development of biotechnology techniques in plant breeding and the new commercial applications have raised public and scientific concerns about the safety of genetically modified (GM) crops and trees. To find out the feasibility of these new technologies in the breeding of commercially important Finnish hardwood species and to estimate the ecological risks of the produced transgenic plants, the experiments of this study have been conducted as a part of a larger project focusing on the risk assessment of GM-trees. Transgenic Betula pendula and Populus trees were produced via Agrobacterium mediated transformation. Stilbene synthase (STS) gene from pine (Pinus sylvestris) and chitinase gene from sugar beet (Beta vulgaris) were transferred to (hybrid) aspen and birch, respectively, to improve disease resistance against fungal pathogens. To modify lignin biosynthesis, a 4-coumarate:coenzyme A ligase (4CL) gene fragment in antisense orientation was introduced into two birch clones. In in vitro test, one transgenic aspen line expressing pine STS gene showed increased resistance to decay fungus Phellinus tremulae. In the field, chitinase transgenic birch lines were more susceptible to leaf spot (Pyrenopeziza betulicola) than the non-transgenic control clone while the resistance against birch rust (Melampsoridium betulinum) was improved. No changes in the content or composition of lignin were detected in the 4CL antisense birch lines. In order to evaluate the ecological effects of the produced GM trees on non-target organisms, an in vitro mycorrhiza experiment with Paxillus involutus and a decomposition experiment in the field were performed. The expression of a transgenic chitinase did not disturb the establishment of mycorrhizal symbiosis between birch and P. involutus in vitro. 4CL antisense transformed birch lines showed retarded root growth but were able to form normal ectomycorrhizal associations with the mycorrhizal fungus in vitro. 4CL lines also showed normal litter decomposition. Unexpected growth reductions resulting from the gene transformation were observed in chitinase transgenic and 4CL antisense birch lines. These results indicate that genetic engineering can provide a tool in increasing disease resistance in Finnish tree species. More extensive data with several ectomycorrhizal species is needed to evaluate the consequences of transgene expression on beneficial plant-fungus symbioses. The potential pleiotropic effects of the transgene should also be taken into account when considering the safety of transgenic trees.