Växter anpassar sig genetiskt över tid till de speciella förutsättningarna för ekologisk odling. Detta har visats i en långtidsstudie utförd vid universitetet i Bonn.
Forskarna planterade kornplantor på två närliggande åkrar och använde konventionella odlingsmetoder på den ena och ekologiska metoder på den andra. Under loppet av mer än 20 år berikades det organiska kornet med specifikt genetiskt material som skilde sig från den jämförande kulturen.
Resultaten visar bland annat hur viktigt det är att odla sorter speciellt för ekologisk odling. Resultaten har nu publicerats i tidskriften Agronomy for Sustainable Development .
I slutet av 1990-talet startade prof. Dr. Jens Léon ett experiment vid universitetet i Bonn som han visste skulle pågå under en lång tid. Hans forskargrupp ville undersöka vilka effekter jordbruksförhållanden har på genetiskt material i växter.
För detta ändamål genomförde de en komplex långtidsstudie under en period av 23 år vid Institutet för växtvetenskap och resursbevarande (INRES). "Vi korsade först högavkastande korn med en vild form för att öka genetisk variation", säger Léon. "Vi planterade sedan dessa populationer på två närliggande fält så att kornet växte i samma jord och under samma klimatförhållanden."
Den enda skillnaden var odlingsmetoden. Konventionellt jordbruk användes i ett av fälten där forskarna använde bekämpningsmedel för att bekämpa skadedjur, kemiska medel för att eliminera ogräs och mineralgödsel för att säkerställa en god tillgång på näringsämnen.
Forskarna tog ett mer ekologiskt sundt tillvägagångssätt på det andra området:inga bekämpningsmedel, bekämpning av ogräs med mekaniska metoder och gödsling av jorden med stallgödsel. En del av spannmålen behölls varje höst för att så åkrarna följande vår – med hjälp av de ekologiska spannmålen på den ekologiska åkern och korn som odlades under konventionella förhållanden på den jämförande åkern.
"Vi valde dock inte spannmålen utifrån några speciella egenskaper, utan valde helt enkelt ut en liten del av skörden på måfå," betonar Léons kollega Dr. Michael Schneider.
Forskarna analyserade också arvsmassan från de konventionellt och ekologiskt odlade växterna på årsbasis. Varje enskild gen kan existera i en mängd olika former som kallas alleler. Till exempel finns den mänskliga genen som är ansvarig för ögonfärgen i allelerna "brun" och "blå".
Frekvensen med vilken vissa alleler uppstår i en population kan förändras över generationer. Miljöförhållanden är en faktor som spelar en roll i denna process:Alleler som säkerställer att växter trivs i sin nuvarande miljö hittas vanligtvis allt oftare.
Forskarna identifierade två intressanta trender i sina genetiska tester:Under de första 12 åren förändrades allelfrekvensen i kornet på samma sätt på båda fälten.
"Vår tolkning av detta fynd är att de mycket olika populationerna orsakade av en korsning med vildkorn anpassade sig till de lokala förhållandena", säger Dr Agim Ballvora, som också deltog i studien. "Faktorer som klimatet, jordmånen och speciellt längden på dagen var trots allt identiska för båda populationerna."
Emellertid divergerade allelfrekvenserna för båda kulturerna alltmer under efterföljande år. Framför allt utvecklade kornet som odlades med ekologiska odlingsmetoder genvarianter som var mindre känsliga för näringsbrist eller brist på vatten – det vill säga alleler som påverkade rötternas struktur.
"En orsak till detta är förmodligen de stora variationerna i tillgången på näringsämnen i ekologisk odling", säger Léon.
Det konventionellt odlade kornet blev också mer genetiskt enhetligt med tiden, vilket gjorde att arvsmassan i de enskilda plantorna som odlades på åkern blev mer och mer lika från år till år. Det organiska kornet förblev dock mer heterogent.
Den organiska kulturens allelfrekvenser varierade också mer över tiden. Detta resulterade i att vissa år var extremt gynnsamma eller ogynnsamma för vissa alleler. Det kan bero på att miljöförhållandena fluktuerar mycket mer i ekologisk odling än med konventionella inramningsmetoder:Om vissa växtsjukdomar till exempel slår igenom på ett år, kommer växterna att förlita sig mest på de alleler som skyddar dem.
Variabiliteten hos de miljökrafter som verkar på växterna tycks leda till större genetisk heterogenitet. "Som ett resultat kan växterna bättre anpassa sig till den här typen av förändringar", säger Léon.
Sammantaget visar resultaten på vikten av att odla sorter optimerade för ekologisk odling. Eftersom deras genetiska sammansättning har anpassat sig till dessa förhållanden kommer de att bli mer robusta och ge högre avkastning.
"Dessutom verkar det vara vettigt när man odlar växter att korsa dem med äldre eller till och med vilda sorter", förklarar Léon. "Våra data indikerar också att detta till och med kan gynna konventionella högavkastande sorter."
Mer information: Michael Schneider et al, Djup genotypning avslöjar specifika anpassningsfotavtryck för konventionell och ekologisk odling i kornpopulationer – en evolutionär växtförädlingsmetod, Agronomy for Sustainable Development (2024). DOI:10.1007/s13593-024-00962-8
Tillhandahålls av University of Bonn
