Czym pachną korzenie truskawki, że pędraki je uwielbiają?

63. Ogólnopolska Naukowa Konferencja Ochrony Roślin Sadowniczych

„Strategia Jedno Zdrowie w aspekcie ochrony roślin sadowniczych” Skierniewce, 15 lutego 2024 r.

dr Ewa M. Furmańczyk1, dr hab. inż. Radosław Bonikowski prof. uczelni Instytut Ogrodnictwa − Państwowy Instytut Badawczy
Politechnika Łódzka, Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

Rośliny jako trwale związane z podłożem, musiały wykształcić mechanizmy obronne i systemy komunikacji, które kompensowałyby im niezdolność do ruchu. Te przystosowania mogą polegać na wytwarzaniu iemitowaniu szeregu związków chemicznych, które mogą działać jako atraktanty, repelenty czy cząsteczki sygnałowe. Grupa możliwych cząsteczek sygnałowych jest duża i obejmuje wydzieliny korzeniowe, ale także lotne związki organiczne (LZO). Profil związków lotnych emitowanych przez roślinę nosi nazwę wolatilomu. W dzisiejszych czasach staje się coraz bardziejoczywiste, że roślinożerne owady żyjące w glebie mogą wykorzystywać LZO obecne w pobliżu korzeni roślin jako wskazówkę podczas lokalizacji rośliny żywicielskiej i żerowania.

Celem naszych badań jest zrozumienie, jak ta zależność funkcjonuje w układzie truskawka (Fragaria x ananassa Duchesne) − larwa chrabąszcza majowego (Melolontha melolontha L.).

W ramach projektu przeprowadzane są dwa rodzaje eksperymentów. Pierwsze z nich polegają na identyfikacji LZO emitowanych przez korzenie truskawki podczas eksperymentów szklarniowych. Rośliny są hodowane w trzech różnych substratach: wermikulicie, glebie pochodzącej z ekologicznej plantacji truskawki oraz glebie pochodzącej z ekologicznej plantacji truskawki wymieszanej z torfem. Badany jest profil LZO emitowany przez rośliny będące w różnym stadium rozwoju (przed kwitnieniem, w trakcie kwitnienia czy rośliny owocujące), a także rośliny poddane stresowi abiotycznemu (niedobór składników pokarmowych) czy biotycznemu (żerowanie M. melolontha). LZO emitowane przez roślinę są adsorbowane przy użyciu techniki SBSE [1,2] na twisterach PDMS umieszczonych w bezpośrednim pobliżu korzeni truskawki i są analizowane po termicznej desorpcji z użyciem GC-MS (Pegasus 4D) na kolumnie Stabilwax-DA. W trakcie projektu staramy się określić także profil LZO emitowany przez mikroorganizmy żyjące w substracie jak i LZO specyficzne dla każdego z substratów. Drugi rodzaj eksperymentów ma na celu określenie preferencji pokarmowych larw M. melolontha wobec truskawki hodowanej w różnych rodzajach podłoża, będącej w różnych stadiach rozwoju czy w warunkach stresowych (analogicznie do warunków badania profili LZO). Badania te są przeprowadzane w specjalnie do tego skonstruowanej komorze [3]. Jest to rodzaj pojemnika wykonanego z przezroczystej pleksi umożliwiający wzrost truskawki i śledzenie ruchu larw w glebie (Fot. 1). Wielkość komory umożliwia jednoczesne testowanie do 10 larw M. melolontha.

W ramach dotychczasowych badań stwierdzono statystycznie najwyższą liczbę identyfikowanych LZO w wermikulicie w porównaniu do pozostałych substratów. We wszystkich substratach identyfikowano takie związki jak: tetrakozan czy nonanal. Również większą liczbę LZO odnotowywano wsubstratach niejałowych w porównaniu do substratów jałowych, co potwierdza udział mikroorganizmów w produkcji LZO. Różnice pomiędzy substratem niejałowym i jałowym były najmniej widoczne w przypadku wermikulitu. Wynika to z procesu produkcji wermikulitu opierającego się o wypalanie w wysokiej temperaturze, co może prowadzić do mimowolnego zubożenia tego substratu w mikroorganizmy.

Analiza LZO emitowanych przez korzenie truskawki w różnych stadiach rozwoju niezależnie od stosowanego substratu wzrostowego pozwoliła na wyróżnienie grupy związków powszechnych dla każdego stadium oraz charakterystycznych dla roślin przed kwitnieniem bądź w trakcie kwitnienia i owocowania (Tabela 1).

Larwy M. melolontha wykazywały minimalnie większą ruchliwość w wermikulicie w porównaniu do pozostałych testowanych substratów. W przypadku obserwacji preferencji pokarmowych larw M. melolontha nie zaobserwowano statystycznie różnic dotyczących różnych stadiów rozwojowych truskawki. Obserwacje te sugerują więc udział powszechnie identyfikowanych LZO w procesie lokalizacji rośliny żywicielskiej i żerowania przez larwy M. melolontha. W dalszym etapie projektu przewidziana jest eksperymentalna weryfikacja tej hipotezy. Badania te pozwolą na lepsze zrozumienie podziemnych interakcji roślina-środowisko, co może przyczynić się do ewolucji kierunku strategii ochrony roślin w stronę bardziej zrównoważonych i proekologicznych rozwiązań.

Badania są realizowane i finansowane przez Narodowe Centrum Nauki w ramach projektu badawczego nr 2021/43/D/NZ9/02323 pt. „Wolatilom emitowany przez korzenie truskawki jako czynnik kształtujący behawior pokarmowy larw Melolontha” − konkursu „SONATA-17”.

Literatura

Baltussen H.A., Sandra P.J.F., David F., Cramers C.A.M.G. 1999. Stir bar sorptive extraction (SBSE), a novel extraction technique for aqueous samples: Theory and principles. J. Microcolumn Sep. 11: 737-747.

Berrou K., Dunyach-Remy C., Lavigne J.P. Roig B., Cadiere A. 2018. Multiple stir bar sorptive extraction combined with gas chromatography-mass spectrometry analysis for a tentative identification of bacterial volatile and/or semi-volatile metabolites. Talanta 195: 245-250. DOI: 10.1016/j.talanta.2018.11.042.

Furmanczyk E.M., Tartanus M., Jóźwiak Z.B., Malusá E. 2021. SOIL-INSECT toolbox: A new chamber for analysing the behaviour of herbivorous insects and tri-trophic interactions in soil. Eur. J. Entomol. 118: 200-209. DOI:10.14411/eje.2021.021.