Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Nitrogen is one of the essential nutrients for plants. Nitrogen is taken up as ammonium (NH4+) or nitrate (NO3-) from roots. If not taken up by the plants, nitrate can be lost to the atmosphere by denitrification which contributes to the global warming. Nitrate can leach out in aquatic systems, this can cause eutrophication, thus it’s important to save the nitrogen in soil. Nitrate can be added as fertilizer or produced by a microbial process called nitrification. The first step of nitrification is the oxidation of ammonia, done by ammonia oxidizing archaea, ammonia oxidizing bacteria and comammox (Nitrospira). This first step is also the rate limiting step of this process.
Plant elicitors such as cis-jasmone, methyl jasmonate and methyl salicylate are used in pest management but there are also indications that they trigger the production of secondary metabolites that can be found in root exudates and inhibit ammonia oxidizers. However, our knowledge on their effect on soil microbes remains limited.
The hypothesis was that treating winter wheat with elicitors will alter the soil ammonia-oxidizing communities without negatively affecting plant performance. The first aim was to determine the abundance, composition and activity of the ammonia oxidizing root and rhizosphere communities. The second aim was to measure plant traits both above- and below ground. The third aim was to assess effects of ammonium availability of the elicitor treated plants.
The elicitor treatments showed most effects in the fertilized pots. The elicitors had most significant effects on the ammonia-oxidizing root communities compared to the rhizosphere communities. Methyl jasmonate showed most significant effects and methyl salicylate showed second most significant effects of both decreased microbial abundance and changed community composition. In both cases the plant traits were positively affected except for the shoot biomass. However, it is possible that this effect is temporary and that a longer growth period would allow an increase in the shoot biomass. Cis-jasmone showed no significant effect on microbial abundance but a trend of changed composition. Cis-jasmone positively affected below-ground plant performance.
Methyl jasmonate seems to be the most promising elicitor and methyl salicylate is the second promising elicitor. Cis-jasmone is still interesting, showing positive effects on plant performance although limited effect on microbial abundance. Fertilizer as ammonium chloride increase the effects of the elicitor treatments limited to the roots microbial community. We should continue use cis-jasmone, methyl jasmonate and methyl salicylate to see how they can be used in practical agriculture and in different crops.

Kväve är ett essentiellt näringsämne för växter. Kväve tas upp som ammonium (NH4+) eller nitrat (NO3-) genom växtrötterna. Nitrat är lättrörligt i jorden, om nitrat inte utnyttjas av växter kan det försvinna till atmosfären genom denitrifikationen, detta bidrar till den globala uppvärmningen. Nitrat kan också läcka ut till vattendrag och orsakar övergödning, det är därför viktigt att spara kvävet i marken. Nitrat kan tillföras genom gödsel eller bildas genom mikrobiella processer i marken via nitrifikationen. Ammoniakoxideringen är det första steget i nitrifikationen vilket bestämmer hasigheten av nitrifikationen. Ammoniak oxideras av ammoniak oxiderande arkéer, ammoniak oxiderande bakterier eller comammox (Nitrospira). Växt-elicitorer som cis-jasmonsyra, metyljasmonsyra och metylsalicylsyra inducerar försvarsmekanismer mot herbivorer och patogener. Det finns indikationer om att elicitorer kan också trigga syntes av sekundära metaboliter i rotexudatet som inhiberar ammoniakoxiderande mikrober i jorden. Kunskapen om effekten på jordmikrober är dock minimal.
Hypotesen var att elicitorer påverkar det ammoniakoxiderande mikrobsamhället som är kopplat till höstvete, utan negativ påverkan på växtens tillväxt. Det första syftet var att mäta rot- och rhizosfärsamhällets storlek, komposition och aktivitet. Det andra syftet var att mäta växtens ovan- och underjordiska delar för att undersöka växtens tillväxt av behandlingarna. Det tredje syftet var att bedöma eventuella effekter från ammoniumgödsling på elicitorbehandlade plantor.
Elicitorbehandlingarna visade mest signifikant effekt i de gödslade leden. Rotmikrobsamhället visade fler signifikanta effekter jämfört med rhizosfärmikrobsamhället.
Metyljasmonsyra visade flest signifikanta effekter och därefter metylsalicylsyra. Dessa reducerade storleken på rotmikrobsamhället, förändrade samhällets komposition, samt hade positiv påverkan på växtens tillväxt förutom skottbiomassa. Det är dock möjligt att denna effekten är temporär och efter en längre tillväxtperiod ökar skottbiomassan. Cis-jasmonsyra visade inga signifikant skillnader på mikrobsamhällets storlek, men en trend på förändrad komposition. Cis-jasmonsyra visade ändå positiv påverkan på rottillväxten.
Metyljasmonsyra är den mest lovande elicitoren och metylsalicylsyra den näst lovande elicitoren. Cis-jasmonsyra är fortfarande intressant då den visade ha positiv inverkan på växtens tillväxt men begränsad påverkan på mikrobsamhällets storlek. Gödsel som ammoniumklorid visade sig ge en förstärkt effekt på elicitorbehnadlingarna, begränsad till rotmikrobsamhället. Vi bör fortsätta använda cis-jasmonsyra, metyljasmonsyra och metylsalicylsyra för att se hur de kan användas i praktiskt jordbruk och vilken effekt de har i oliak grödor.