Langtidsundersøgelser viser, at økologisk landbrug fører til tilpasninger i det genetiske materiale i planter

Planter tilpasser sig genetisk over tid til de særlige forhold i økologisk landbrug. Dette er blevet påvist i en langtidsundersøgelse udført ved universitetet i Bonn.

Forskerne plantede bygplanter på to nabomarker og brugte konventionelle dyrkningsmetoder på den ene og økologiske metoder på den anden. I løbet af mere end 20 år blev den økologiske byg beriget med specifikt genetisk materiale, der adskilte sig fra den sammenlignende kultur.

Resultaterne viser blandt andet, hvor vigtigt det er at dyrke sorter specielt til økologisk jordbrug. Resultaterne er nu publiceret i tidsskriftet Agronomy for Sustainable Development .

I slutningen af ​​1990'erne startede prof. dr. Jens Léon et eksperiment på universitetet i Bonn, som han vidste ville køre i en lang periode. Hans forskergruppe ønskede at undersøge, hvilke effekter landbrugsforhold har på genetisk materiale i planter.

Til dette formål gennemførte de en kompleks langtidsundersøgelse over en periode på 23 år på Institut for afgrødevidenskab og ressourcebevarelse (INRES). "Vi krydsede først højudbytte byg med en vild form for at øge den genetiske variation," siger Léon. "Vi plantede derefter disse populationer på to nabomarker, så byggen voksede i den samme jord og under de samme klimatiske forhold."

Den eneste forskel var landbrugsmetoden. Konventionelt landbrug blev brugt på et af de marker, hvor forskerne brugte pesticider til at bekæmpe skadedyr, kemiske midler til at fjerne ukrudt og mineralsk gødning for at sikre en god forsyning af næringsstoffer.

Forskerne tog en mere økologisk forsvarlig tilgang på det andet felt:ingen pesticider, bekæmpelse af ukrudt ved hjælp af mekaniske metoder og gødskning af jorden med gødning fra stalde. Nogle af kornene blev tilbageholdt hvert efterår for at så markerne det følgende forår - ved hjælp af de økologiske korn på den økologiske mark og byg dyrket under konventionelle forhold på den sammenlignende mark.

"Vi valgte dog ikke kornene ud fra nogle særlige egenskaber, men valgte blot en lille del af høsten tilfældigt," understreger Léons kollega Dr. Michael Schneider.

Analyse af genomudvikling i time lapse

Forskerne analyserede også genomerne af de konventionelt og økologisk dyrkede planter på årsbasis. Hvert enkelt gen kan eksistere i en række forskellige former kaldet alleler. For eksempel findes det menneskelige gen, der er ansvarlig for øjenfarve, i allelerne "brun" og "blå".

Den hyppighed, hvormed visse alleler opstår i en befolkning, kan ændre sig over generationer. Miljøforhold er en faktor, der spiller en rolle i denne proces:Alleler, der sikrer, at planter trives i deres nuværende miljø, findes normalt oftere og oftere.

Forskerne identificerede to interessante tendenser i deres genetiske test:I de første 12 år ændrede allelfrekvensen i byggen sig på samme måde på begge marker.

"Vores fortolkning af dette fund er, at de meget forskellige populationer forårsaget af en krydsning med vild byg tilpassede sig de lokale forhold," siger Dr. Agim Ballvora, som også deltog i undersøgelsen. "Trom alt var faktorer som klimaet, jordbunden og især længden af ​​dagen identiske for begge populationer."

Imidlertid afveg allelfrekvenserne af begge kulturer i stigende grad i de efterfølgende år. Især byg dyrket ved hjælp af økologiske dyrkningsmetoder udviklede genvarianter, der var mindre følsomme over for et underskud af næringsstoffer eller mangel på vand - dvs. alleler, der påvirkede røddernes struktur.

"En årsag til dette er formentlig de store variationer i tilgængeligheden af ​​næringsstoffer i økologisk landbrug," siger Léon.

Genetisk heterogenitet letter tilpasningsprocessen

Den konventionelt dyrkede byg blev også mere genetisk ensartet med tiden, hvilket betyder, at arvematerialet i de enkelte planter, der dyrkes på marken, blev mere og mere ens fra år til år. Den organiske byg forblev dog mere heterogen.

Allelfrekvenserne i den organiske kultur varierede også mere over tid. Dette resulterede i, at nogle år var ekstremt gunstige eller ugunstige for nogle alleler. Det kan skyldes, at miljøforholdene svinger meget mere i økologisk landbrug end ved konventionelle indramningsmetoder:Hvis visse plantesygdomme for eksempel slår igennem på et år, vil planterne stole mest på de alleler, der vil beskytte dem.

Variabiliteten af ​​de miljømæssige kræfter, der virker på planterne, ser ud til at føre til større genetisk heterogenitet. "Som et resultat er planterne bedre i stand til at tilpasse sig disse typer ændringer," siger Léon.

Samlet set viser resultaterne vigtigheden af ​​at dyrke sorter, der er optimeret til økologisk landbrug. Da deres genetiske sammensætning har tilpasset sig disse forhold, vil de være mere robuste og levere højere udbytter.

"Ydermere ser det ud til at give mening, når man dyrker planter, at krydse dem med ældre eller endda vilde sorter," forklarer Léon. "Vores data indikerer også, at dette endda kan gavne konventionelle højudbytte sorter."

Flere oplysninger: Michael Schneider et al., Deep genotyping afslører specifikke tilpasningsfodspor fra konventionelt og økologisk landbrug i bygpopulationer – en evolutionær planteavlstilgang, Agronomy for Sustainable Development (2024). DOI:10.1007/s13593-024-00962-8

Leveret af University of Bonn