 |
Potential effect of arbuscular mycorrhizal fungi on the growth and the secondary metabolite production of marigold, marjoram and lemon balm
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
105750 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Engel, Rita |
| Title in Hungarian |
Arbuszkuláris mikorrhiza gombák hatása a körömvirág, a majoránna és a citromfű fejlődésére, hatóanyag-termelésére |
| Title in English |
Potential effect of arbuscular mycorrhizal fungi on the growth and the secondary metabolite production of marigold, marjoram and lemon balm |
| Keywords in Hungarian |
arbuszkuláris mikorrhiza, körömvirág, majoránna, citromfű, flavonoidok, fenolos savak |
| Keywords in English |
arbuscular mycorrhizal fungi, marigold, marjoram, lemon balm, phenolic acids, flavonoids |
| Discipline |
| Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences) | 70 % | | Horticulture (Council of Complex Environmental Sciences) | 30 % |
|
| Panel |
Complex agricultural sciences |
| Department or equivalent |
Institute of Ecology and Botany, Centre for Ecological Research, Hungarian Academy of Sciences (Centre for Ecological Research) |
| Starting date |
2013-01-01 |
| Closing date |
2016-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
11.994 |
| FTE (full time equivalent) |
3.20 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A szárazföldi ökoszisztémákban a növények jelentős hányada különböző gombákkal kölcsönösen előnyös szimbiózisban él, ezt a kapcsolatot arbuszkuláris mikorrhizának (AM) nevezzük. Az AM-gombák jelenős szerepet játszanak a növény fejlődésében, növekedésben azáltal, hogy hatékonyabb tápanyag- és vízfelvételt biztosítanak számára, valamint azáltal, hogy nagymértékben fokozzák a növény védekezőképességét, hozzájárulva a különböző biotikus és abiotikus stressz hatások kivédéséhez. Az étkezésben és gyógyászatban kiemelkedő szerepet betöltő fűszer- és gyógynövények esetében az AM-gombák a növény növekedésére gyakorolt hatásán túl befolyásolhatják a másodlagos anyagcsere utakat, mely a növények aktív hatóanyag produkciójában jelentős mennyiségi és minőségi változásokat eredményezhet. Az AM-gombák ezen jelentős hatásáról ez idáig csak csekély számú publikáció született. Ennek tükrében a kutatás fő célkitűzése az arbuszkuláris mikorrhiza gombák hatásának vizsgálata három nagy gazdasági jelentőséggel bíró és széles körben használt gyógynövények hatóanyag termelésére.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatás során beállított szabadföldi kísérletekkel és az ezt követő műszeres analitikai vizsgálatokkal arra a kérdésre keressük a választ, hogy három kiemelt fontosságú gyógynövény a körömvirág, a majoránna és a citromfű arbuszkuláris mikorrhiza gomba oltóanyaggal való kolonizációja okoz-e mennyiségi és minőségi javulást droghozamukban. Arra a kérdésre is keressük a választ, hogy AM-gomba használatával kiválthatjuk vagy csökkenthetjük-e a műtrágya, illetve egyéb kemikáliák használatát a gyógynövénytermesztésben. A kísérlet során azt is vizsgáljuk, hogy a különböző eredetű AM-gombák hatásában tapasztalható-e kimutatható eltérés, mellyel választ kaphatunk arra, hogy az idegen származású vagy a hazai ökológiai adottságokhoz adaptálódott gombatörzsekkel érhetünk-e el jelentősebb minőségi javulást a droghozamban. Továbbá azt is vizsgáljuk, hogy a három növény rhizoszférájából izolált oltóanyaggal történő kezelések között van-e szignifikáns különbség. Ezzel a vizsgálattal ismeretet szerezhetünk a három növény vetésforgóban betöltött helyének szerepéről, jelentőségéről. Az évelő citromfű esetében az AM- gomba oltás hatásának időbeliségét is monitorozzuk, hogy az oltás hatása hány éven keresztül érezhető, és, hogy hány évenként van szükség az oltás megismétlésére.
A kutatás kiinduló hipotézisében azt feltételezzük, hogy a körömvirág, citromfű és a majoránna droghozamában és az aktív komponensek produkciójában a különböző eredetű AM-gomba oltóanyagokkal történő kezeléssel különböző mértékű javulás érhető el, amely megegyezik vagy meghaladja a műtrágya használatával elérhető hatást.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Az arbuszkuláris mikorrhiza gombák mezőgazdasági növények terméshozamára gyakorolt pozitív hatását számos hazai és nemzetközi tanulmány alátámasztja. Ezzel szemben az AM-gombák gazdanövények másodlagos anyagcsere folyamataiban betöltött szerepéről kevés ismeretanyag áll a rendelkezésünkre. A nemzetközi szakirodalomban elenyésző azon publikációk száma, mely az AM kapcsolat gyógynövények fitokémiai összetételére, droghozamára gyakorolt hatását mutatja be. Legjobb tudomásom szerint egyik hazai tudományos műhely sem foglalkozik ezzel a témakörrel, így ez egy hiánypótló alapkutatás lenne. A három kísérleti növényről, a körömvirágról, a majoránnáról és a citromfűről, melyek jelentős szerepet töltenek be az étkezésben és a gyógyászatban hazai és nemzetközi viszonylatban is nem áll rendelkezésünkre ismeretanyag az gomba szimbiózis hatóanyag mennyiségre és minőségre gyakorolt hatásáról.
Az alapkutatás mellett a pályázatban megfogalmazott feladatok megvalósításával számos, a társadalom számára is hasznosítható ismeretet szerezhetünk. Globális szinten jelentős probléma a környezetszennyezés, mely részben a műtrágyázás, valamint a növényvédőszerek túlzott használatának következménye. Jelen kutatás egyik jövőbeli célja a kijuttatott kemikáliák okozta terhelés csökkentése szelektált, hatékony AM gomba oltóanyagok alkalmazásával. Az AM gomba oltóanyag hatékonyságának igazolását követően az AM gomba használatának „átültetése” a gyakorlatba az ökológiai és konvencionális gyógynövénytermesztés területén. A kutatás eredményeként ajánlás adható a körömvirág, majoránna, és a citromfű műtrágya és gomba-oltóanyag optimális dózisáról, arányáról, illetve arról, hogy melyik oltóanyag a leghatásosabb. Az AM gombák használata mellett csökkenthető, a különböző kemikáliák alkalmazása, mely jobb minőségű biotermék előállítására nyújthat lehetőséget. Továbbá, ha bebizonyosodik a gomba-gyógynövény szimbiózis hatóanyag produkciót fokozó hatása, akkor jelenősen jobb minőségű gyógynövény termékek kerülhetnének forgalomba, ami kielégíthetné a társadalom egyre növekvő igényét a jó minőségű biotermékek iránt.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A mikorrhiza gombák mikroszkopikus méretű talajban élő gombák, amelyek a szárazföldi növények közel 90%-ával képesek kölcsönösen előnyös kapcsolatban élni. A növények gyökereit behálózó mikorrhiza gombákat, pontosabban ezt az együttélési formát "gombagyökérnek" vagyis mikorrhizának nevezzük. Ez a kapcsolat mindkét fél számára kedvező, hiszen a gombapartner a növénytől kész tápanyagokat kap, a növény pedig a gomba micélium hálózatának a segítségével képes a számára egyébként nehezen hozzáférhető tápanyag és víz felvételére, ezáltal előnyös hatással van a gazdanövény növekedésére. A növény só- szárazság- és fémtűrő képességének növelésében és az ellenálló képességének fokozásában is egyaránt jelentős szerepet játszik a mikorrhiza.
A gyógy - és fűszernövények esetében a mikorrhiza az előzőekben felsoroltakon túl javíthatja az aktív komponensek (hatóanyagok) termelését is, melyek a fűszernövények kellemes ízéért és a gyógynövények gyógyhatásáért felelősek. Ebben a témakörben számos felderítetlen terület van még. Ezért kutatásunk fő célja, annak vizsgálata, hogy a különböző eredetű mikorrhiza gombák hogyan befolyásolják néhány kiemelt gazdasági jelentőséggel bíró és széles körben alkalmazott fűszer- és gyógynövény hatóanyag tartalmát és összetételét. Annak vizsgálatát is tervezzük, hogy a mikorrhiza gomba használata csökkentheti-e a műtrágyák használatát, ezzel hozzájárulva a környezet védelméhez, illetve jó minőségű biotermékek előállításához..
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
A wide range of plants from terrestrial ecosystems can form mutualistic association with soil fungi and this symbiosis is called arbuscular mycorrhiza (AM). The most important effects of AM fungi are to improve uptake of immobile nutrients and water and to induce plant systemic resistance against different biotic and abiotic stressors, consequently they can enhance plant growth. Above the effect on plant growth, in the case of aromatic- and medicinal plants of grate culinary and pharmaceutical importance AM fungi can influence the secondary metabolic pathways which can lead to quantitative and qualitative improvement of active compound production. So far only few publications have been reported about this important effect of AM fungi. In the view of the above mentioned the main aim of this study is to examine the effect of arbuscular mycorrhizal fungi on active compound production of widely used economically important medicinal plants.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Through open field experiments and analytical measurements we would like to give answer for that question: Is it possible to improve the quantity and quality of the yield of three important medicinal plants such as marigold, marjoram and lemon balm by arbuscular mycorrhizal fungal inoculation? Furthermore we would like to know that the application of AM fungi can eliminate or reduce the use of artificial fertilizer and other chemicals in medicinal plant cultivation. In this study we would like to demonstrate the difference in the effect caused by AM fungi of various origins to have information about whether AM fungi of extraneous origin or native AM fungi is more effective. Moreover the differences in the effect of the AM fungal inocula isolated from the rhizosphere of the three host plants (marigold, marjoram and lemon balm) would be detected to optimize planting order of these plants in crop rotation. Since lemon balm is a perennial, in this case the effect of AM fungal inoculation would be monitored in longer term (three years), thus we can determine the time-effect and optimal frequency of AM fungal inoculation. In the initial hypothesis of the study we suppose that improvement in drug yield and secondary metabolite production of marigold, marjoram and lemon balm could be induced by AM fungal inoculation and could reach or overtake the effect of artificial fertilizers.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The positive effects of arbuscular mycorrhizal fungi on the crop of agricultural plants have been proved in several studies. The role of the arbuscular mycorrhizal fungi in the most secondary metabolic pathways is unknown. In the international scientific literature the effects of the AM fungi on the yield and phytochemical composition of medicinal plants are reported only in a few publications. I am not aware of any research group working in this scientific field in Hungary, thus this study would fill this gap.
There is no information about the effects of the fungal symbiosis on the quantity and quality of the yield produced by marigold, marjoram and lemon balm. The three test herbs have culinary and pharmaceutical importance world-wide. Beside the basic research the accomplishment of the objectives planned in the study would bring on several results, which can be useful for the whole society. The pollution of the environment is a global problem, which is partly caused by the spreading of different chemicals in a form of fertilizers and pesticides. One of the future aims of this study is to reduce the land pollution by the application of selected and effective AM fungal inocula. After proving the sufficiency of the AM fungal inoculum it could be transplanted to the practice in the ecological and conventional cultivation of medicinal plants. As a result of the study, a recommendation can be given for the optimal doses and proportion of the artificial fertilizers and AM fungal inoculum, and also for which inoculum would be the most effective. The application of different chemicals can be reduced or eliminated with the use of AM fungal inoculum, and in this manner bio-products could be gained. If the effectiveness of fungal-medicinal plant symbiosis on the active compound production is proved, high quality herbal products would be placed on the market. And this could satisfy the increasing demand of the society for the high quality bio-products.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Mycorrhizal fungi are soil microorganisms, depending on symbiosis with most of the terrestrial plants. The mycorrhizal fungi grow into the roots of the plants forming “fungus-root” and this association is called mycorrhiza. This relationship is mutually beneficial for both partners. The fungal partner gets nutrients from the host plant while the fungus improves the mineral and water uptake through extended hyphal network in the soil. Hereby the fungi have beneficial effect on growth of the plants. This symbiosis can improve the salt-, drought-, and heavy metal- tolerance of plants as well as the resistance against pathogens. Above these beneficial effects in the case of herbs the mycorrhizal fungi can enhance the production of active substances, which are responsible for the pleasant taste and odour of spices and pharmacological effect of medicinal plants. In this field there are plenty of unsolved questions. Therefore the main objective of our study is to examine how mycorrhizal fungi can affect the quantity and quality of the yield of some well-known economically important herbs. Moreover we would like to know if the usage of artificial fertilizers can be replaced or reduced by the application of mycorrhizal fungi contributing to the protection of environment and the production of high quality bio-products.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
