Leaf rust (Melampsora) on willow: ecological and plant response studies
Laen...
Failid
Kuupäev
2010
Kättesaadavus
Autorid
Ajakirja pealkiri
Ajakirja ISSN
Köite pealkiri
Kirjastaja
Eesti Maaülikool
Abstrakt
Seoses 1970ndate energiakriisiga kerkis paju mitmete Põhja-Euroopa
riikide teadlaste huviorbiiti potentsiaalse taastuvenergia toorainena. Kuigi
pajusid kasvatatakse tänapäeval põhiliselt hakkpuidu saamiseks, millest
toodetakse elektri- ja soojusenergiat, on neil ka teisi rakendusi. Kiirekasvulise
taimena, mis suudab kasvada erinevates tingimustes, kasutatakse
paju näiteks reovee ja saastunud pinnase puhastamiseks. Eestisse rajati
esimesed pajuvõsad 1993. aastal eesmärgiga hinnata nende sobivust taastuvenergia
tootmiseks meie tingimustes. Aastal 2003 rajati Kambjasse
pajuistandus, mis toimib taimkattefiltrina kohaliku vallakeskuse reovee
puhastamisel. Nende istanduste uurimine on näidanud, et pajuistandused
on Eesti tingimustes arvestatava potentsiaaliga taastuvenergia allikad,
mis sobivad ka reovee ja selle jääkmuda puhastamiseks.
Pajud sobivad hästi kiirekasvuliste istanduste, nn. energiavõsade rajamiseks,
kuna neid on pistokstena kerge paljundada ning istandused vajavad
vähe lisahoolt. Põhjamaades eelistatakse kultuuris kasvatamiseks enamasti
vitspaju (Salix viminalis) kloone, kuid aretamise tulemusena on
saadud ka erinevate pajuliikide hübriide, mis on sageli kõrgema saagikusega.
Kuna pajuistandused on enamasti ühe liigi monokultuurid, on
seal sobilikud tingimused taimepatogeenide levikuks. Üks enamlevinud
taimehaigusi pajuvõsades on paju-pigirooste (Melampsora epitea), mis
nakatab pajude lehti. Lisaks roosteseenele nakatavad pajusid ka mitmed
teised seened ja bakterid, kuid nende põhjustatud kahjustused on märkimisväärsed
vaid vanemates istandustes või nõrgestatud taimedel. Kuna
energiavõsade majandamisel jälgitakse loodussäästlikke põhimõtteid,
tuleb leida võimalusi taimehaiguste, eriti aga pigirooste leviku piiramiseks
keemilisi tõrjemeetmeid kasutamata.
Paju-pigirooste tekitaja arvukust mõjutab eelkõige paju genotüüp, kuna
see määrab taime vastuvõtlikkuse roostele. Seega on vastupanuvõime
roostele üks olulisi omadusi, mida uute pajusortide aretamisel silmas
peetakse. Lisaks geenidele mõjutavad haiguse levikut ümbritsevad keskkonnatingimused,
millest olulisim on ilmastik. Niisketel ja jahedatel
suvedel on pajulehtedel rohkem pigiroostet kui kuivadel ja kuumadel suvedel. Selle põhjustab asjaolu, et roosteeoste idanemiseks ja seega ka
taime nakatamiseks on vajalik suur niiskusesisaldus õhus. Ka taime toitainete
kättesaadavus võib mõjutada haigestumise tõenäosust, ehkki vastavad
uuringud ei ole andnud üheselt tõlgendatavaid tulemusi. Mõned
uuringud on näidanud, et harilikult on üheaastaste okste lehtedel vähem
roostekahjustusi, samuti on nooremad lehed roostele vastupidavamad.
Ometi sõltub seos lehtede vanuse ja roostega nakatumise vahel ka paju
liigist. Nii nakatuvad vitspajul esimesena alumised vanemad lehed ning
sealt levib nakkus ülemistele, noorematele lehtedele. Pikalehise paju (S.
dasyclados) kloonidel levib nakkus aga vastupidiselt, saades alguse ülemistelt,
noortelt lehtedelt. Rooste epifütootia ennetamiseks on oluline
istutada erinevaid pajukloone segakultuurina, sest ühe ja sama klooni
laiaulatuslik kasvatamine soodustab haigustekitaja levikut.
Lisaks pajutaime geneetiliselt määratud omadustele ning istanduste
ökoloogilistele teguritele mõjutavad rooste arvukust ka teised mikroorganismid
ja putukad. On kirjeldatud mitmeid seeni, mis võiksid roosteseene
arvukust vähendada. Neist enim on uuritud hüperparasiitset seent
Sphaerellopsis filum, mis elab ja toitub roosteeostel ning takistab seeläbi
roosteseene paljunemist ning levikut. Putukakahjustused reeglina suurendavad
pajude haigustundlikkust, näiteks mardikakahjustusega lehed
on roostele vastuvõtlikumad.
Esmane roostenakkus pajul saab alguse vaheperemeestaimelt lehiselt
(Larix) saabunud kevadeose idanemisega. Idanenud eos moodustab idumõigu,
mis liigub lehe õhulõheni, moodustab sellele appressooriumi
ning siseneb taime. Taimerakkude vahel areneb seeneniidistik ning
patogeen omastab taime rakkudest toitaineid spetsiaalsete toitumisorganite,
haustorite abil. Viie kuni kümne päeva jooksul pärast nakatumist
tekivad lehele kollakas-oranžid suvieospustulid. Nendes valmivad eosed
nakatavad taas sama taime lehti või levivad tuule abil teistele taimedele.
Suvieosjärk on ainus järk, mis kordub mitu korda sama aasta jooksul
ning seetõttu valmib suvieoseid kõige arvukamalt. Sügise saabudes moodustuvad
nakatunud pajulehtedele tumedad talieoslad, mis sisaldavad
paksukestalisi talieoseid. Nende abil elab roosteseen varisenud pajulehtedel
üle talve. Kevadel talieosed idanevad ning moodustuval neljarakulisel
eoskannal valmivad sugulise paljunemise käigus kahte erinevasse
paarumistüüpi kuuluvad kandeosed. Need levivad noortele lehiseokastele,
kus arenevad kandeoste idanemisel spermogoonid. Kui ühte tüüpi
spermogoonist pärit spermaatsiumid satuvad teist tüüpi spermogooni, areneb uus seeneniidistik, millest moodustub lehe vastasküljele kevadeosla.
Sealt pärinevad kevadeosed nakatavad omakorda paju lehti, alustades
uut elutsüklit (vt joonis 1).
Paju energiavõsades on pigiroostetest kõige levinum erinevaid roosteliike
ja -vorme sisaldav kollektiivliik M. larici-epitea. See liik jaotatakse omakorda
erinevateks vormideks, mis parasiteerivad erinevatel peremeestaimedel,
nakatades vaid kindlaid pajukloone. Kuigi on oletatud, et pajupigirooste
võib talvituda suvieostena ning seega ei vajagi vaheperemeestaime
oma elutsükli läbimiseks, ei ole meiega sarnastes kliimatingimustes
sellist protsessi veel täheldatud. Suguline paljunemine kandeoste moodustumise
kaudu suurendab aga uute roostevormide arenemise võimalust,
mis võivad olla patogeensed uutele pajukloonidele.
Roostega nakatunud taimede fotosüntees väheneb ning laiaulatusliku
nakkusega võib kaasneda enneaegne lehtede varisemine. Selle tulemusena
kahaneb pajude biomassi juurdekasv ning väheneb pajude ettevalmistumine
talveks, mistõttu võivad tekkida külmakahjustused. Vaatamata
kahjustusele rooste pajutaimi reeglina ei tapa, kuna obligatoorse
parasiidina saab see toituda vaid elusatel taimelehtedel. Hiljuti avaldatud
papli (Populus) ja papli-pigiroostega (M. larici-populina) läbi viidud
molekulaarsete uuringute tulemuste kohaselt aktiveerib roostenakkus
taime kaitsereaktsioonid vaid kindlatel ajahetkedel nakkuse käigus.
Nimelt avalduvad taime kaitsega seotud geenid vaid haustorite ja pustulite
moodustumise ajal. Ülevaade taimest lenduvate ühendite kohta
seoses roostenakkusega kirjanduses puudub.
Mitmed teadlased on uurinud pajul elavat roostet Melampsora, kuid endiselt
on küllaltki vähe teada, millised kasvukoha ökoloogilised tingimused
mõjutavad rooste arvukust. Paju ja rooste vastastikuse mõju uuringud on
seni põhinenud peamiselt mikroskoopial ning seega puuduvad laiemad
teadmised roostenakkuse mõjust taimest lenduvate ühendite hulgale ja
keemilisele koostisele. Käesoleva uurimuse eesmärgiks oli välja selgitada
erinevate kasvutingimuste mõju paju-pigirooste arvukusele pajuistandustes
ning kirjeldada taime vastureaktsioone roostenakkusele.
Minu doktoritöö konkreetsed eesmärgid olid järgmised:
– töötada välja sobiv meetod pigirooste arvukuse hindamiseks;
– võrrelda rooste arvukust erinevatel kloonidel erinevates kasvutingimustes; – selgitada välja mineraalväetiste ja reoveega kastmise mõju rooste
arvukusele;
– hinnata taimestiku tiheduse mõju rooste arvukusele;
– leida seoseid rooste arvukuse ning lehe morfoloogiliste tunnuste
vahel;
– kirjeldada paju vastust pigirooste nakkusele lenduvate ühendite
tasandil.
Katsed viidi läbi neljas pajuistanduses: Saarel, Kambjas, Nõos ja Aarikesel.
Kõikide istanduste rajamisel kasutati Rootsi pajude sordiaretuse
programmi raames aretatud pajukloone, millest antud uurimuste käigus
vaadeldi vitspaju kloone 78021, 78183 ja 78195; pikalehise paju klooni
81090 ning erinevate pajuliikide hübriide Tora ja Gudrun. Saare istanduses
olid pooled katseruudud eelnevalt väetatud lämmastikku, fosforit
ja kaaliumi sisaldava mineraalväetisega ning pooled ruudud olid väetamata.
Kambja reoveepuhasti osana rajatud pajuistanduse katseala kasteti
kasvuperioodi jooksul regulaarselt reoveega ning kontrollala ei kastetud.
Ka Aarikese istandus rajati eesmärgiga puhastada reovett, sellel istandusel
kontrollala puudus. Nõo istanduse osa, mida selles katses kasutasime, oli
väetamata ning kastmata.
Sobivaima roostearvukuse hindamise meetodi leidmiseks võrreldi kolme
erinevat meetodit. Esimene meetod oli visuaalne hindamine, mille käigus
hinnati taimede haigestumist seitsmepallilisel skaalal, kus 0 tähistas tervet
taime ja 6 väga nakatunud taime. See skaala võttis arvesse nii nakatunud
lehtede hulka kui ka kahjustuse ulatust lehepinna kohta. Teine meetod
põhines arvutiprogrammil WinFOLIA 5.0a. Selle meetodi puhul istandusest
korjatud pajulehed esmalt skaneeriti, misjärel programmi abil
mõõdeti nakatunud ja terve leheala pindala. Eelnevalt oli terve leheosa
märgitud roheliseks ja haigestunud leht oranžikas-pruuniks. Kolmanda
meetodi puhul kuivatati istandusest kaasa korjatud lehed, loeti nendel
olevate roostepustulite arv, mõõdeti lehe pindala ning seejärel leiti pustulite
arvukus, jagades pustulite arvu lehe pindalaga. Viimast meetodit
kasutati ka käesoleva doktoritöö uuringutes.
Istanduse tiheduse mõju uurimiseks loodi Kambja istanduse reoveega
kastetavasse ja kontrollalasse hõredamaid kohti. Selleks valiti juulikuus
iga uuritava klooni ruudust juhuslikult kolm taime, millel eemaldati kõik
oksad peale ühe kõige jämedama. Lisaks lõigati maha ka neli kõige lähemal
asuvat taime. Sellel moel rajati tiheda pajuvõsa sisse hõredamaid kohti,
kust augustis ja septembris korjati lehti rooste arvukuse hindamiseks. Artiklite I, II ja IV uurimuste jaoks valiti igast ruudust viis taime ja igalt
taimelt korjati alumiste lehtede hulgast 15 vanemat lehte. Artikli III
jaoks valiti igast hõredast ja tihedast alast 30 pajulehte, kusjuures vitspaju
kloonide puhul korjati lehed alumisest lehestiku kihist, teiste kloonide
puhul aga ülemisest, järgides roostenakkuse kujunemise suunda. Korjatud
lehed toodi laborisse, kuivatati ning rooste arvukust hinnati eelpool
kirjeldatud meetodil. Lehe eripinna mõõtmiseks (artikkel IV) kuivatati
lehed pärast pustulite lugemist veelkord ning kaaluti 0,001g täpsusega.
Seejärel arvutati lehe eripind lehe pindala ja kaalu suhtena. Täiendav info
uuringutes kasutatud kloonide, istanduste, proovivõtu aegade ja korjatud
lehtede arvu kohta on toodud tabelites 1 ja 2.
Taimest lenduvate ühendite mõõtmise katse viidi läbi pottides kasvatatud
nelja nädala vanuste kloon Gudrun taimedega. Viis taime paigutati
kontrollitud õhuniiskuse ja -vooluga klaaskambritesse selliselt, et tüve
alaosa ja pott jäid kambrist välja. Kolm taime nakatati paju-pigiroostega
ning ülejäänud kaks olid kontrolltaimed. Igal hommikul kontsentreeriti
nendest kambritest neli liitrit õhku süsinikku sisaldavatesse Carbotrap
tuubidesse ja sinna kogutud lenduvad ühendid eraldati ning määrati
gaaskromatograafi ja mass-spektromeetri abil. Igal teisel päeval mõõdeti
taime lehe fotosüntees ning aurumine. Katse kestis 14. päevani pärast
taimede roostega nakatamist.
Andmete statistiliseks analüüsiks kasutati tarkvarapaketti SAS 8.02 ja
9.1. Vähimruutude meetodi abil leiti rooste pindtiheduse erinevused
istanduse, klooni, proovivõtu aja, väetamise, reoveega kastmise ja taimede
tiheduse erinevate tasemete vahel. Artiklites I ja II oli olulisusnivooks
0.01, teistes artiklites aga 0.05. Seoste leidmiseks erinevate hindamismeetodite
vahel kasutati Spearmani astak-korrelatsiooni meetodit.
Roostenakkuse mõju paju lenduvate ühendite kogustele leiti ühesuunalise
ANOVA abil ja analüüsiks kasutati tarkvarapaketti ORIGIN 8.
Kolme erineva roostearvukuse hindamise meetodi võrdlus näitas, et
täpsed tulemused saadi ainult pustulite arvu lugemisel lehe pinnaühiku
kohta. Visuaalne rooste hindamise meetod seitsmepallilisel skaalal oli küll
olulises korrelatsioonis rooste arvukusega, kuid tasemete 3 ja 4 puhul oli
rooste tegelik hulk üle hinnatud (joonis 5). Arvutiprogrammi Winfolia
5.0a roostearvukuse tulemused ei korreleerunud rooste tegeliku hulgaga
lehtedel (joonis 6). Kuna programm leidis terve ja nakatunud lehe pindala
tuginedes määratud värvidele, võisid looduslikud värvimuutused lehtedel tulemusi liigselt mõjutada. Kuna metoodikakatsete eesmärgiks
oli saada võimalikult täpsed rooste arvukuse hinnangud optimaalse töömahu
juures ning leida üles ka väikesed erinevused, otsustasime saadud
tulemustele tuginedes edaspidi kasutada aeganõudvat, kuid täpset pustulite
arvu lugemise meetodit.
Uuritud pajukloonidest olid kõigil aastatel enim nakatunud kloonid
78183 ja 81090, mis on ka teiste teadlaste poolt tunnistatud roostetundlikeks
sortideks. Kloonid 78021 ja 78195 olid roostele vähem vastuvõtlikud.
Ainus kloon, mille nakatumine erines eelnevatest kirjanduse andmetest,
oli kloon Gudrun. Seda on varem peetud rooste suhtes resistentseks
klooniks, kuid Eestis võis selle lehtedel leida kohati peaaegu sama
palju roostet kui klooni 78183 lehtedel. Klooni Tora lehtedelt käesoleva
uurimistöö käigus roostet ei leitud, mis kinnitab antud klooni resistentsust.
Hinnates roosteseene arvukust erinevatel kloonidel ja võrreldes
neid puidu kuivmassiga leidsime, et kloon 81090 on roostetundlikkusest
hoolimata olnud seni väga hea saagikusega. Ometi võib hinnang antud
kloonile oluliselt muutuda. Nimelt esines 2008. aasta suvel kloonil
81090 Kambja istanduses massiline lehtede enneaegne varisemine, mille
põhjustas ohter leherooste nakkus. Selle nakkuspuhangu mõju pajude
biomassi juurdekasvule peaks selguma lähiaastatel.
Rooste arvukus suurenes oluliselt kasvuperioodi jooksul, olles väga väike
juulis ja saavutades maksimumi septembriks (joonis 7) (artikkel I).
Lisaks leidsime erinevusi ka kasvuaastate vahel, mis oli suure tõenäosusega
tingitud kasvuperioodi ilmastikutingimustest. Nimelt oli niiskete
suvede korral pajudel rohkem kahjustusi ning kuivadel suvedel väga vähe
(artikkel II). Seega leidis ka meie uuringutes kinnitust tõsiasi, et rooste
hulka mõjutab oluliselt ilmastik.
Mineraalväetiste kasutamine suurendas rooste arvukust paju lehtedel
aasta pärast viimast väetamist. Ka sellele järgneval aastal võis täheldada
väetamise järelmõju rooste arvukusele, kuid kolmandal ja neljandal aastal
ei leidnud me enam seost rooste hulga ja väetamise vahel (joonis 8).
Reoveega kastetud taimedel oli rohkem roostet võrreldes kastmata taimedega
(joonis 9) (artikkel II). Kirjanduses väidetakse, et ka puhta veega
kastmine suurendab rooste hulka lehtedel. Siiani ei ole kindlaks tehtud,
kas suurenenud rooste arvukus on sellel juhul põhjustatud võrastiku õhu
suuremast niiskusesisaldusest või toimuvad sel juhul taimelehtedes muutused,
mis soodustavad seennakkuse kulgu. Kuna pajude biomassi saagi kust mõjutab olulisel määral vee kättesaadavus, sobivad pajuistandused
hästi reovee puhastamiseks. Seetõttu on oluline selliste istanduste puhul
hinnata, milline on suurenenud roostenakkusest tulenev võimalik kahju
võrreldes istandustest saadava majandusliku ja keskkondliku kasuga.
Istanduse võrastiku tiheduse mõju uurimine näitas, et tihedamatel aladel
olid taimed rohkem nakatunud kui hõredatel aladel. Samas oli tiheduse
mõju rooste arvukusele oluline vaid vitspaju kloonide puhul. Kuna
klooni Gudrun (S. dasyclados ja S. burjatica hübriid) puhul olid nakatunud
eelkõige ülemised, noored lehed, ei täheldatud erinevusi rooste
arvukuses tihedamate ja hõredamate alade vahel (joonis 10) (artikkel
III). Lisaks leidsime positiivse seose paju-pigirooste arvukuse ja lehe eripinna
vahel (joonis 11). Kuna eripind on üks parimaid lehe morfoloogiat
kirjeldavaid tunnuseid, võib sellest tulemusest järeldada, et lehed, millel
on paksemate ja tugevamate seintega rakud, ei ole roostele nii vastuvõtlikud.
Leidsime ka, et reoveega kastetud taimede lehtedel oli alati suurem
eripind (artikkel IV). Järelikult võib rooste suurem arvukus reoveega
kastetud taimedel tuleneda nii tihedamast lehestikust kui ka lehtede
morfoloogilistest muutustest.
Pajude roostenakkuse reaktsiooni uuringust selgus, et nakatunud taimede
fotosüntees vähenes ning nende õhulõhede juhtivus langes. Lenduvate
ühendite iseloomustamisel leidsime, et eraldunud isopreeni hulk, mis
vähendab atmosfääris orgaaniliste aerosoolide teket, oli roostega nakatunud
lehtedest oluliselt madalam. Erinevate biootiliste ja abiootiliste
stressidega seostatud lenduvate ainete (lipoksügenaasi raja saadused,
monoterpeen (Z)-β-ocimene ja seskviterpeenid) eraldumine nakatatud
taimedest oli seotud roostenakkuse erinevate etappidega. Nimelt eraldasid
roostega nakatatud taimed eelnimetatud aineid suuremates kogustes
vaid kuuendal ja kaheteistkümnendal päeval pärast taimede nakatamist
(joonis 12). Need päevad langevad kokku päevadega, millal tuvastasime
esimesi roostepustuleid ja lehtedele tekkis nakkuse tagajärjel nekroos
(artikkel V). Lenduvate ühendite uuringuid tuleks kindlasti jätkata, et
selgitada, kas sellised tulemused on ainuomased kloonile Gudrun või on
see kõikide pajude reaktsioon roostenakkusele.
Kirjeldus
Märksõnad
paju, roostehaigused, istandused, energiavõsa, taimehaigused, seenhaigused, roosteseened, taimekaitse, dissertatsioonid