Effekter av metyl-jasmonat på frøanatomi og terpenkonsentrasjoner i små granplanter

Abstract

Gransnutebillen (Hylobius abietis) er en stor skadegjører i plantefelt med gran (Picea abies), og i internasjonal sammenheng gjør den skade for millioner av euro hvert år. Samtidig har giftige insekticider, tidligere brukt til å beskytte granplantene, blitt forbudt. Som følge av de store skadene gransnutebillen forårsaker har det blitt forsket på bruken av det naturlige plantehormonet metyl-jasmonat (MJ) som et miljøvennlig alternativ. MJ aktiverer forsvarssystemet til granplanter og gjør dem mer motstandsdyktige mot angrep. Det er ikke tidligere blitt studert hvordan behandling av granfrø med MJ påvirker frøanatomi og terpeninnholdet i de unge plantene som spirer fra behandlet frø. Jeg ønsket å teste følgende hypoteser: (1) Høye konsentrasjoner av MJ påvirker frøene negativt, for eksempel ved at frøene får kortere embryo; (2) Planter som spirer fra granfrø behandlet med MJ har høyere konsentrasjoner av terpener enn planter fra kontrollfrø; (3) Fysisk skading av planter fra MJ-behandlete frø gir ytterlige økte konsentrasjoner av terpener. I januar 2019 ble granfrø behandlet med to ulike konsentrasjoner av MJ (0,1 mM og 0,5 mM), eller de forble ubehandlet som kontrollfrø. 300 frø til frøanatomiske analyser ble behandlet, og av disse ble 181 frø, fordelt på de tre behandlingene, delt i to og studert under mikroskop for å måle embryolengde. I tillegg ble 190 frø fra hver behandling plantet i M95 pottebrett og satt til spiring i vekstkamre. Alle behandlingene hadde en lav spireprosent, og frø behandlet med 0,1 mM MJ var dårligst med en spireprosent på kun 2,1 %. Etter syv uker i vekstkamrene ble åtte planter fra kontrollfrø og åtte planter fra frø behandlet med 0,5 mM MJ ekstrahert i heksan og klargjort for GC-MS analyser. Jeg fant en signifikant forskjell i embryolengde målt én uke etterbehandling, mellom kontrollfrø og frø behandlet med 0,5 mM MJ. Det var ingen forskjell mellom kontrollfrø og 0,1 MJ. Samlet sett for alle ukene var det en tendens til forskjell i embryolengde mellom behandlingene (p = 0.085). Den totale konsentrasjonen av terpener i småplantene var ikke signifikant forskjellig mellom behandlingene (p = 0.425), men jeg fant signifikante behandlingsforskjeller for fire individuelle terpener (4-allylanisol, βeta-myrcene, tetradecane, terpinolen). Skadede planter som spiret fra frø behandlet med 0,5 mM MJ hadde noe overraskende lavere terpenkonsentrasjoner enn planter som spiret fra frø behandlet med 0,5 MJ.

The large spruce weevil (Hylobius abietis) is a major pest in Norway spruce (Picea abies) plantations, and in an international context, it does damage for millions of euros every year. At the same time, toxic insecticides, previously used to protect the spruce plants, have been banned. Because of the large damage caused by the large spruce weevil, the use of the natural plant hormone methyl jasmonate (MJ) as an environmentally friendly alternative, has been researched. MJ can activate the defense system for spruce plants and make them more resistant against attack. However, the effect of MJ treatment on spruce anatomy and the terpene content of the young plants sprouting from treated seeds is not known. Therefore, I wanted to test the following hypotheses: (1) High concentrations of MJ adversely affect the seeds, for example, by giving the seeds shorter embryos; (2) Plants that germinate from spruce seeds treated with MJ have higher concentrations of terpenes than plants from control seeds; (3) Physical damage of plants from MJ-treated seeds gives a greater increase in terpene concentrations than corresponding damage to plants that germinate from control seeds. In January 2019, spruce seeds were treated with two different concentrations of MJ (0.1 mM and 0.5 mM), or they remained untreated as control seeds. In total, 300 seeds to seed anatomical analysis were treated, of which 181 seeds were cut in half and studied under microscope to measure embryonic length. In addition, 190 seeds from each treatment were planted in M95 pots and germinated in growth chambers. All treatments had a low sprout percentage, and seeds treated with 0.1 mM MJ were worst with a sprout percentage of only 2.1%. After seven weeks in the growth chambers, eight plants from control seeds and eight plants from seeds treated with 0.5 mM MJ were extracted into hexane and prepared for GC-MS analysis. I found a significant difference in embryo length measured one week post-treatment, between control seeds and seeds treated with 0.5 mM MJ. There was no difference between control seeds and 0.1 MJ. Overall, for all weeks, there was a tendency for difference in embryonic length between treatments (p = 0.085). The total concentration of terpenes in the small plants was not significantly different between treatments (p = 0.425), but we found significant treatment differences for four individual terpenes (4-allylanisol, βeta-myrcene, tetradecane, terpinol). Damaged plants that sprouted from seeds treated with 0.5 mM MJ had somewhat surprisingly lower terpene concentrations than plants that germinated from seeds treated with 0.5 MJ.