SLU-nyhet

Växters tillväxt påverkas av markens egenskaper och mikroorganismer

Publicerad: 20 maj 2022
Porträtt av David Castro

Hur påverkar markens egenskaper och mikroorganismer tillväxt av plantor? David Castro, doktorand i Vaughan Hurrys grupp vid Umeå Plant Science Centre och SLU, visade i sin doktorsavhandling att förståelsen av detta komplexa förhållande kan bidra till att optimera ett biodiversitetsvänligt skogsbruk och att få en bättre bild av ekologin av endemiska arter. David Castro försvarar sin doktorsavhandling vid Institutionen för skoglig genetik och växtfysiologi, SLU, den 24 maj.

Under din doktorandtid finansierades du av ett stipendium som du fick från Chile. Det är mycket ovanligt för en doktorand i Sverige. Vad motiverade dig att söka det stipendiet och komma till Umeå för att doktorera i Vaughan Hurrys grupp vid Umeå Plant Science Centre (UPSC)?

År 2015 kom jag och min fru till Umeå tillsammans med Cristian Ibáñez för att arbeta en månad med Maria Eriksson. Vi blev båda förtjusta i Umeå och anläggningarna på UPSC är fantastiska. Det var också denna tid som jag förberedde pappren för att söka stipendiet i Chile. Jag läste om Vaughan Hurrys forskning om suboptimala miljöer som låg nära det jag arbetade med under min masteruppsats. Jag träffade Vaughan och han gick med på att stödja min ansökan till stipendiet som jag lyckligtvis också fick. Det tog sedan ytterligare ett och ett halvt år under stor anspänning tills alla papper var klara och jag äntligen kunde komma och påbörja min doktorandutbildning i Vaughan Hurrys grupp. Jag är verkligen glad att allt fungerade och att jag nu kan försvara min avhandling.  

Titeln på din avhandling börjar med frågan "Vem kommer först?" och nämner senare växt-mikrobiom-jord kontinuumet. Kan du besvara frågan nu och varför kallar du det för "kontinuum"?

"Vem kommer först" är snarare en retorisk fråga. Målet med min avhandling var att förstå kopplingarna mellan växten, mikroorganismerna i jorden och själva jorden. Vi bedömde växternas tillväxt och markens egenskaper och använde avancerade sekvenseringstekniker och bioinformatiska metoder för att analysera hur växten och mikroorganismerna, särskilt svamparna, reagerar på sin miljö. Alla tre komponenterna är viktiga och påverkar varandra. Genom att utsöndra kol för att attrahera gynnsamma mikrobiella partners förändrar växtens rötter lokalt svamp- och bakteriesammansättningen och även markens egenskaper, till exempel aggregering av jordpartiklar, pH-värde och kolinnehåll. Svampar och bakterier fördelar och flyttar också näringsämnen. Även markens fysiska och kemiska egenskaper förändras under året, till exempel beroende på vattenhalten, vilket påverkar tillgången på näringsämnen. Därför kan vi inte säga vem som kommer först. Var och en av de tre parterna påverkar kontinuerligt de andra parterna på ett mycket komplext sätt och bildar tillsammans ett slags enhet eller "kontinuum".

Vad anser du vara det viktigaste resultatet av dina studier?

En del av min avhandling handlade om Prosopis-arter som delvis är endemiska i Chile men mycket invasiva i andra delar av världen och därför av ekologiskt intresse. I Chile växer Prosopis delvis på jordar med mycket speciella egenskaper som till exempel i Atacamaöknen. Våra experiment visade att när Prosopis plantor lyckas rekrytera gynnsamma svamppartners växer de bra i olika typer av jordar utom i jord från Atacamaöknen som innehåller mycket salt. Detta gäller även för plantor av Prosopis tamarugo som växer mycket isolerat i Atacamaöknen. De andra delarna av min avhandling fokuserade på tall och gran som är av ekonomisk betydelse här i Sverige. Vi kunde visa att små mängder kvävegödsling förbättrar växttillväxten men endast i mycket liten utsträckning påverkar markekologin och svampsammansättningen. Vi såg detta i våra experiment med barrträd i Sverige. Kraftig kvävegödsling har en positiv effekt på växttillväxt men är väldigt dåligt för mikrobiella organismer och även för markekologin vilket kan ha stor inverkan på skogens biologiska mångfald. 

Vilket var det mest oväntade resultatet du fick under din doktorandtid?

Vi förväntade oss att Prosopis tamarugo, som växer i Atacamaöknen, skulle vara mycket stresstålig, men så var inte fallet. Det visade sig faktiskt att den var en slags svag planta som hade problem med att rekrytera svamppartners under våra experiment. I stället rekryterade plantorna många bakteriella partners och vi tror att detta delvis kompenserade för bristen på svampar. De överlevde betydligt sämre i deras ursprungliga jorden som vi använde för våra experiment. Detta var förvånande eftersom de har potential att växa i denna jord. En annan art som vi arbetade med, Prosopis chilensis, lyckades rekrytera svampar även i jord från stranden, men inte Prosopis tamarugo som växer i den mest giftiga jorden i öknen. Vår hypotes är att de individer som växer i Atacamaöknen etablerade sig där när det inte var lika torrt som det är nu - förmodligen för ungefär 100 år sedan. Träden eller buskarna bildar en pålrot som går mycket djupt ner i marken och kan nå grundvattnet. När denna rot är etablerad kan de överleva även i ett sådant extremt klimat som i Atacamaöknen, men för en ung planta är denna miljö alltför hård.

Vilken var den största utmaningen under din doktorandtid?

Förutom att plötsligt börja arbeta på engelska var det mycket svårt att lära sig bioinformatik. Jag kunde en del sedan tidigare, men arbetet här var på en annan nivå. Jag fick mycket hjälp av personerna från bioinformatikanläggningen vid UPSC och av mina kollegor. Det tog tid och jag gick många kurser, men nu känner jag mig kompetent och säker på att göra bioinformatiska analyser och att lägga till dessa färdigheter i mitt CV.

Vad planerar du att göra nu?

Jag tycker om att bo i Umeå och jag skulle vilja stanna här även om vintern kan vara tuff. Jag skulle också vilja fortsätta att arbeta med markekologi och kanske inkludera mer av det bakteriella perspektivet eftersom vi fokuserade mest på svampsidan under min doktorandtid. Det finns inte mycket arbete som gjorts på bakteriell markekologi i skogssammanhang och jag skulle vilja arbeta mer med det. Det skulle också vara intressant att analysera en del av de data som vi fick igen men mer med fokus på bakterier för att se om vi kan få fram ytterligare information som vi ännu inte har sett. Det är därför jag för närvarande söker en postdoc.

Text: Anne Honsel

Fakta:

Om disputationen:

David Castro, Umeå Plant Science Centre, Institutionen för skoglig genetik och växtfysiologi, Sveriges Lantbruksuniversitet, försvarar sin avhandling tisdag den 24:e maj 2022. Opponent är Barbara Hawkins, Centre for Forest Biology, University of Victoria, Canada. Handledare är Vaughan Hurry. Disputationen livesänds via Zoom.

Länk till disputationen i SLU:s kalendarium: https://www.slu.se/ew-kalender/2022/5/disputation-david-castro/

Avhandlingens titel: Who comes first? Implications of the plant-microbiome-soil continuum feedback on plant performance

Länk till avhandlingen: https://pub.epsilon.slu.se/27682/