Home About Browse Search
Svenska


Endophytic fungi in meadow fescue and other forage grasses

Bylin, Anja (2014). Endophytic fungi in meadow fescue and other forage grasses. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2014:46
ISBN 978-91-576-8040-2
eISBN 987-91-576-8041-9
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
1MB

Abstract

Many cool-season forage grasses associate with an endophytic fungus of the genus Epichloë. In Sweden one of the most important forage grasses is meadow fescue (Festuca pratensis Huds.), which is known to associate with Epichloë uncinata, previously named Neotyphodium uncinatum.

Since the 1970's extensive research has been done on grass/endophyte symbioses, with focus on tall fescue (Festuca arundinacea Schreb.) and perennial ryegrass (Lolium perenne L.) and their fungal symbionts, due to their production of toxic alkaloids. Given the importance of meadow fescue in Sweden and the Nordic countries the aim of this thesis was to study the symbiosis between meadow fescue and E. uncinata and to evaluate effects that E. uncinata may have on meadow fescue grown in Sweden. The studies focused on differences in seed germination, winter survival and plant growth between endophyte-infected and uninfected plants, as well as effects of nitrogen fertilization on loline alkaloid production.

Knowledge about optimal seed storage conditions and uniform germination behavior can generate economic profit in seed production and for farmers. Meadow fescue seed that started to germinate early had higher frequency of viable endophytes than seed starting germination later, and heavy seed had higher germination rate and germination frequency than lighter seed. During seed storage for 3.4 years in different packaging materials and environments, seed stored in paper bags in freezer (-20 °C) had the highest seed germination and endophyte viability.

In a field cultivation of meadow fescue the effect of endophyte infection on meadow fescue during two growing seasons was studied. Plants were given either a nitrogen fertilization that is normal for the area or half that amount of nitrogen. Plants fertilized with normal amount of nitrogen produced more tillers per plant. Endophyte-infected plants produced more tillers per plant than uninfected plants, but there was no difference in total biomass production or winter survival between endophyte-infected and uninfected plants. Lolines were produced by infected plants, but the production did not differ between nitrogen fertilization levels. Lolines are known to be deterrent to some insects but are not toxic to larger mammals.

Authors/Creators:Bylin, Anja
Title:Endophytic fungi in meadow fescue and other forage grasses
Alternative abstract:
LanguageAbstract
UNSPECIFIED

I Sverige är vi vana att se gräs i trädgårdar och parker, på ängar, odlade vallar och i skogarna. Gräsen utgör rekreationsplatser för människor och föda för många olika djur. Vad vi inte alltid kan se är alla de mikroskopiska organismer som lever på och i gräsen. En av dessa organismer är svampendofyten Epichloë. Ordet endofyt innebär att det är en organism, vanligen svamp eller bakterie, som lever inuti en växt. Endofyter i gräs blev kända på 1970-talet då forskare i USA och Nya Zeeland upptäckte sambandet mellan sjuk boskap och endofyters produktion av kvävebaserade ämnen, så kallade alkaloider. Under de årtionden som följt har man främst studerat Epichloë coenophialum, som kan infektera rörsvingel (Festuca arundinacea L.) och Epichloë typhina var. lolii som kan infektera engelskt rajgräs (Lolium perenne L.). Anledningen till att just dessa endofyter och gräsarter har varit i fokus är främst deras produktion av alkaloider som är giftiga för kor, hästar och får.

Ett av Sveriges vanligaste vallgräs är ängssvingel (Festuca pratensis Huds.). Det är ett härdigt gräs i större delen av landet och ger bra skördar. Den endofytiska svampen Epichloë uncinata (tidigare Neotyphodium uncinatum) förekommer i ängssvingel. E. uncinata producerar alkaloider ur gruppen loliner. Loliner är inte giftiga för större gräsätare såsom boskap, men verkar avskräckande på somliga insekter.

Arter av Epichloë, lever i ovanjordiska växtdelar. De kan reproducera sig antingen horisontellt, via sporer som sprids till plantor i närheten eller vertikalt, då endofyten växer i skotten på en infekterad planta, in i blomställningarna och vidare in i de frön som bildas. Epichloë uncinata i ängssvingel sprids bara via frön. Normalt blir alla frön på en infekterad planta infekterade, men ibland kan några frön förbli oinfekterade. Dessa frön ger då plantor som saknar endofyten.

Denna avhandling beskriver hur ängssvingel påverkas av att vara infekterad, med fokus på frögroning, respons på kvävegödsling och vinteröverlevnad. Alkaloidproduktion och hur man förvarar fröna på bästa sätt när man vill behålla vitalitet hos både fröet och endofyten har också studerats.

Eftersom endofyten hos ängssvingel lever hela sitt liv inuti växten bildas inga symptom som vi kan se med blotta ögat. För att lokalisera Epichloë i gräsplantorna har vi främst använt mikroskop och immunoblotting. Immunoblotting är en metod där man låter proteiner i endofyten utsöndras och fästa vid ett membran. Genom att sedan behandla membranet med olika antikroppar och färgämne framträder märken på membranet där proteinerna har fäst. I den mån det är möjligt rekommenderas att skottbasen av färskt gräs används för denna analys, men man kan även använda frysta skott, vilket kan underlätta när ett stort antal plantor ska skördas och analyseras samtidigt.

Att förvara frön så att man får en hög och synkroniserad frögroning eftersträvas av både praktiska och ekonomiska skäl. En frögroningsstudie visade att det fanns en högre andel endofytinfekterade frön bland frön som grodde tidigt jämfört med frön som grodde sent. Ju högre tusenkornsvikt fröna hade desto snabbare grodde de och tyngre frön hade även en högre grobarhet. För att bibehålla en hög vitalitet hos både frö och endofyter bör man helst förvara endofytinfekterade ängssvingelfrön i papperspåsar i frys.

Ett av målen med denna avhandling var att studera endofytens eventuella inverkan på vinteröverlevnad hos ängssvingel i norra Sverige. Närmare 1000 plantor i fält markerades och följdes under två vegetationsperioder. Det visade sig att endofytinfekterade plantor producerade fler skott än oinfekterade, men det var ingen skillnad på den totala biomassaproduktionen. Vinteröverlevnaden var mycket god både hos endofytinfekterade och oinfekterade plantor under den gynnsamma vintern med tidigt och långvarigt snötäcke. De endofytinfekterade plantorna producerade loliner i olika koncentrationer, men inga andra alkaloider påvisades.

I Sverige har vi ännu inte haft några bekräftade fall av alkaloidrelaterade skador på boskap. Det kan delvis bero på att fodergräsen i Sverige oftast odlas i en mix tillsammans med andra gräs och klöver. Odlar man enbart ett gräs i monokultur, till exempel rörsvingel, och det är endofytinfekterat kan boskapen få i sig höga halter alkaloider. Delvis kan det också bero på att användningen av gräsarter med alkaloider som är giftiga för boskap hittills har varit låg. Detta är dock på väg att förändras. Rörsvingel och engelskt rajgräs introduceras i allt större del av landet. Om någon sort av dessa gräs har endofyter kan de påverka djurens hälsa negativt, varför det kan vara lämpligt att fröfirmor börjar kontrollera endofytförekomsten i fröpartierna.

Den spontana reaktionen angående endofythaltiga gräs kan vara att döda de endofyter som producerar alkaloider som är giftiga för boskap, men i vissa fall gör de nytta. Många insekter och andra djur undviker endofytinfekterat gräs. På platser där djur kan göra skada eller skadas genom sin närvaro, som till exempel i parker, på golfbanor eller flygplatser kan endofytinfekterat gräs göra nytta. Varje år inträffar incidenter där flygplan, främst under start och landning, krockar med fåglar. Fåglarna dras till flygplatsernas öppna fält för rekreation och födointag. På flera håll i världen görs försök där endofytinfekterat gräs används runt start- och landningsbanorna, vilket gör att fåglarna söker sig till andra områden som man kan anlägga på ett betryggande avstånd från flygplatsen. Endofytinfekterat rörsvingel är då ett lämpligt gräs att använda, men då detta gräs fortfarande inte är vinterhärdigt i hela Sverige behövs mer forskning.

Ängssvingel är känd för att vara ett vinterhärdigt gräs, särskilt när det gäller resistens mot utvintringssvampar. Då nästan alla plantor överlevde vintern i fältförsöket kunde det inte avgöras om endofyten på något sätt påverkade plantorna. Det skulle vara intressant att göra en liknande studie med gräsarter och sorter som hittills inte klarar svensk vinter lika bra, t ex rörsvingel och engelskt rajgräs, för att se om deras endofyter har någon inverkan på vinteröverlevnaden.

Series/Journal:Acta Universitatis agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :22 May 2014
Volume:2014:46
Number of Pages:56
Papers/manuscripts:
NumberReferences
I.A. G. Bylin, S. D. Card, W. J. Mace, D. E. Hume, K. Huss-Danell. Incidence and description of Epichloë uncinata in Swedish meadow fescue (manuscript).
II.A. G. Bylin, D. E. Hume, S. D. Card, C. M. Lloyd-West, K. Huss-Danell. Importance of seed size and storage conditions for germination and viability of Epichloë uncinata in meadow fescue (submitted).
III.A. G. Bylin, D. E. Hume, S. D. Card, W. J. Mace, C. M. Lloyd-West, K. Huss-Danell (2014). Influence of nitrogen fertilization on growth and loline alkaloid production of meadow fescue (Festuca pratensis) associated with the fungal symbiont Neotyphodium uncinatum. Botany 92(5), 370-376.
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Dept. of Agricultural Research for Northern Sweden, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-576-8040-2
ISBN for electronic version:987-91-576-8041-9
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:F Plant production > F40 Plant ecology
F Plant production > F62 Plant physiology - Growth and development
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 401 Agricultural, Forestry and Fisheries > Agricultural Science
Agrovoc terms:festuca pratensis, feed grasses, epichloe, symbiosis, pyrrolizidine alkaloids, fungi, endophytes, seed storage, seed germination, survival, growth, winter hardiness, sweden
Keywords:alkaloids, Epichloë, meadow fescue, seed germination, seed storage, tissue-print immunoblotting
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-1926
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-1926
ID Code:11215
Faculty:NJ - Fakulteten för naturresurser och jordbruksvetenskap
Department:(NL, NJ) > Dept. of Agricultural Research for Northern Sweden
(VH) > Dept. of Agricultural Research for Northern Sweden
External funders:FORMAS
Deposited By: Anja Bylin
Deposited On:23 May 2014 11:16
Metadata Last Modified:13 Dec 2014 11:28

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits