Projekti / Programi
Odziv rastlinskih korenin in mikoriznih gliv na talno hipoksijo
Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
4.03.01 |
Biotehnika |
Rastlinska produkcija in predelava |
Kmetijske rastline |
Koda |
Veda |
Področje |
B310 |
Biomedicinske vede |
Fiziologija žilnih rastlin |
Koda |
Veda |
Področje |
4.01 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo |
arbuskularna mikoriza, glive, endofiti, mikroorganizmi, hipoksija, mofete, naravni izviri CO2, dihanje, biodiverziteta tal, tla, mineralna hranila, sestava zdužbe
Raziskovalci (17)
št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
1. |
29875 |
Marko Bajc |
Gozdarstvo, lesarstvo in papirništvo |
Tehnični sodelavec |
2013 - 2016 |
286 |
2. |
24375 |
dr. Elena Bužan |
Biologija |
Raziskovalec |
2014 - 2016 |
378 |
3. |
27641 |
dr. Tjaša Danevčič |
Biotehnologija |
Raziskovalec |
2013 - 2016 |
192 |
4. |
24416 |
dr. Klemen Eler |
Biologija |
Raziskovalec |
2013 - 2016 |
315 |
5. |
29164 |
dr. Mitja Ferlan |
Gozdarstvo, lesarstvo in papirništvo |
Raziskovalec |
2013 - 2016 |
226 |
6. |
21242 |
dr. Tine Grebenc |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2013 - 2016 |
505 |
7. |
34338 |
dr. Anela Kaurin |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2016 |
50 |
8. |
07127 |
dr. Hojka Kraigher |
Gozdarstvo, lesarstvo in papirništvo |
Raziskovalec |
2013 - 2016 |
1.350 |
9. |
21581 |
dr. Irena Maček |
Biologija |
Vodja |
2013 - 2016 |
136 |
10. |
24580 |
dr. Hans-Josef Schroers |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2013 - 2016 |
197 |
11. |
26481 |
dr. Snežna Sodin Šemrl |
Mikrobiologija in imunologija |
Raziskovalec |
2013 |
325 |
12. |
13005 |
dr. David Stopar |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2013 - 2016 |
477 |
13. |
31877 |
dr. Nataša Šibanc |
Gozdarstvo, lesarstvo in papirništvo |
Raziskovalec |
2013 - 2016 |
98 |
14. |
32771 |
dr. Ines Štraus |
Gozdarstvo, lesarstvo in papirništvo |
Raziskovalec |
2013 - 2016 |
52 |
15. |
24777 |
Barbara Štupar |
|
Tehnični sodelavec |
2013 - 2016 |
29 |
16. |
14011 |
dr. Dominik Vodnik |
Biologija |
Raziskovalec |
2013 - 2016 |
424 |
17. |
28401 |
dr. Peter Železnik |
Gozdarstvo, lesarstvo in papirništvo |
Raziskovalec |
2013 - 2016 |
188 |
Organizacije (4)
Povzetek
Biodiverziteta talnih mikroorganizmov je v veliki meri nepoznana, vendar na njej temeljijo ključne ekosistemske storitve tal kot so razgradnja organske snovi, biogeokemično kroženje esencialnih mikrohranil in mineralov ter ohranjanje strukture tal. V predmetnem projektu predlagamo študijo diverzitete, ekologije in funkcije talnih gliv v tleh z ekstremnim, lokaliziranim abiotskim stresom, hipoksijo (pomanjkanje O2). Naravni izviri CO2 ali mofete so naravni ekosistem, kjer prihaja do takih razmer. Tu se pojavljajo dolgotrajne spremembe v koncentraciji talnih plinov (visoka koncentracija CO2 in hipoksija) zaradi izhajanja geološkega CO2. Talna hipoksija je sicer pogost pojav, prisoten tudi v tleh, nasičenih z vodo in poplavljenih tleh.
Arbuskularne mikorizne (AM) glive so endosimbionti v rastlinskih koreninah in splošno razširjena funkcionalna skupina talnih mikroorganizmov. Znano je, da imajo pomembno vlogo pri preskrbi rastlin z mineralnimi hranili in vodo in vplivajo na njihovo rezistenco ob napadu patogenov. Še vedno ni jasno, kateri dejavniki okolja strukturirajo združbe AM gliv v naravi. Naše predhodnje študije so pokazale, da se v hipoksičnih tleh sestava AM združbe drastično spremeni. Z uporabo metagenetskih pristopov (GS FLX Titanium, 454 Life Sciences Roche) bomo tako ugotavljali, če so glive, ki so na območjih mofet prisotne v hipoksičnih tleh dejansko novi, genetsko adaptirani ekstremofilni taksoni ali predstavljajo le skupino sicer redkih taksonov, prisotnih v okoljskih kontrolnih populacijah. Poleg raziskav arbuskularne mikorize bomo v okviru predmetnega projekta identificirali in izolirali tudi potencialne nove vrste gliv iz drugih, ne-mikoriznih skupin, s poudarkom na temnih septiranih endofitih (DSE).
Funkcionalni vidik odziva korenin in talnih gliv na hipoksijo bomo raziskali z meritvami biomase korenin in gliv, identificirali pa bomo tudi pomen glivne poti privzema mineralnih hranil za rastline, izpostavljene hipoksije. V ta namen bomo raziskovali energijski metabolizem (tok ogljika skozi centralne presnovne poti) pri koreninah in glivah, merili pa bomo tudi privzem fosfatov v koreninah. Raziskave bomo izvedli z meritvami aktivnosti nekaterih ključnih encimov, ki sodelujejo pri glikolizi in dihanju ter meritvemi koncentracije adenozin trifosfata (ATP) v koreninah in glivnih tkivih. Slednje bomo merili z biokemijskimi pristopi, za meritve aktivnosti transporterjev fosfata v mikoriznih in nemikoriznih koreninah bomo uporabili molekulske metode.
Pomen za razvoj znanosti
Arbuskularne mikorizne (AM) glive so prisotne v skoraj vseh terestričnih ekosistemih. Z večino kopenskih rastlin živijo v simbiozi (več kot 90% rastlinskih vrst je mikoriznih). So starodavne, odnos med AM glivami in rastlinami je star več kot 400 milijonov let in se je razvil ob prehodu rastlin na kopno. Boljše poznavanje teh povsod navzočih organizmov ter njihove ekološke vloge v različnih ekosistemih lahko tako predstavlja pomemben prispevek k razumevanju biološkega ravnovesja in ekosistemskih storitev, ter obenem k ohranjanju biodiverzitete v kopenskih ekosistemih. Po našem vedenju, razen naše originalne študije (Maček in sod., AEM, 2011), do sedaj ni bilo objavljenih poročil o diverziteti, funkciji ali ekologiji AM ali drugih gliv z območja mofet. Na splošno je zelo malo podatkov o AM glivah v ekstremnih ali hipoksičnih okoljih. Naša raziskava zato prispeva pomembne nove podatke o biodiverziteti talnih mikroorganizmov in njihovi funkcionalni vlogi na območju mofet, z možnostjo razširitve in uporabe rezultatov tudi za druge ekosisteme s podobnim talnimi razmerami (npr. hipoksična tla in tla, onesnažena s težkimi kovinami). Ni še poznano, kateri dejavniki okolja vplivajo in povzročajo veliko stopnjo biodiverzitete v združbah AM gliv v naravnih okoljih. Ekstremni habitati bi zato lahko služili kot testni sistemi za ugotavljanje dolgoročnega vpliva abiotskih selekcijskih pritiskov na ekologijo in evolucijo naravnih združb mkrobov (Maček in sod., 2016, Advances in Ecological Research, Vol. 55). Na tovrstnih območjih obstaja tudi velika verjetnost odkrivanja novih ekstremofilnih taksonov, torej doslej še neznanih organizmov. V projektu smo uporabili najnovejše metodološke pristope v metagenetiki (Illumina HiSeq) v kombinaciji z bolj konvencionalnimi metodami (npr. ocena stopnje kolonizacije korenin z AM glivami), s katerimi smo povezali različna področja, od ekologije, fiziologije, taksonomije, metagenetike in bioinformatike. Projekt in iz njega izhajajoči rezultati so pomembni za razvoj prioritetnih področij raziskovanja v EU, kot so raziskave in ohranjanje biodiverzitete, trajnostni razvoj in klimatske spremembe (kroženje ogljika). V tem pogledu bodo naši rezultati prispevali pomembne nove informacije za znanstveno sredino.
Pomen za razvoj Slovenije
Talne glive so ena glavnih component biodiverzitete tal. Rezultati projekta nam bodo omogočili prenos metodologije za monitoring in raziskave biodiverzitete v Sloveniji. Arbuskularna mikoriza bi morala predstavljati pomemben abiotski dejavnik, upoštevan v varstvenih shemah za varovana območja in območja s posebno ekološko vrednostjo in trajnostnim kmetijstvom. Znanje o ekologiji arbuskularnih mikoriznih (AM) gliv in možnosti njihove aplikacije bomo lahko uporabili v razvoju trajnostnega kmetijstva in v okoljevarstvu (uporaba inokuluma AM gliv kot biološkega gnojila in za biokontrolo) (npr. Maček in sod., 2016, Ecological Engineering). Da bi lahko dosegli proizvodnjo zadostne količine kvalitetnega glivnega inokuluma, si moramo zastaviti vprašanje: “Kateri dejavniki imajo glavni vpliv na strukturo AM gliv v naravi?”, in nanj tudi odgovoriti. Mofete predstavljajo zelo dober sistem za testiranje tega vprašanja (Maček in sod., 2016, Advances in Ecological Research, Vol. 55). Ekstremna okolja predstavljajo vir organizmov, ki se uporabljajo v biotehnologiji (Maček in sod., 2016, Advances in Ecological Research). Mofete predstavljajo velik potencial za izolacijo na hipoksijo tolerantnih vrst, ki jih lahko uporabimo za aplikacije v industriji, lahko pa so tudi identificirani kot človeški patogeni. Mofete so pomembne tudi za širše, saj predstavljajo modelni sistem, ki nam omogoča ocenjevanje dolgoročnih vplivov sistemov za zbiranje in shranjevanje CO2 (sistemi CCS) na naravne ekosisteme. CCS prestavlja omilitveni ukrep za zamanjševanje podnebnih sprememb, znotraj EU in mednarodno. Naši rezultati so pomembni za raziskovalce in zakonodajalce, ki delujejo na teh področjih (Maček in sod., 2016, Advances in Ecological research, Vol. 55). Rezultat projekta je tudi patentna prijava sistema za zaplinjevanje tal. Tekom projekta smo vzpostavili intenzivno mednarodno sodelovanje z britansko Univerzo v Essexu ter švicarskim inštitutom Agroscope. V sklopu slednjega smo pridobili tudi dodatna sredstva v obliki mednarodnega projekta SCOPES, financiranega s strani Swiss National Science Fundation (SNSF).
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo