NYA Oljegrödor. En titt in i kristallkulan. Institutionen för Växtförädling och Bioteknik VÄXTBIOTEKNIK

Transkript

1 NYA Oljegrödor En titt in i kristallkulan Anders S. Carlsson Institutionen för Växtförädling och Bioteknik Sveriges Lantbruksuniversitet Alnarp VÄXTBIOTEKNIK Institutionen för Växtförädling och Bioteknik SLU Mariette Andersson Xueyuan Li Anders S. Carlsson Åsa Grimberg Rui Guan Ida Lager Sten Stymne Helle Turesson Jenny.lindberg-Yilmaz Li-Hua Zhu Per Hofvander + Många internationella kontakter 1

2 Disposition Utgångspunkt och Målsättning (För)nyade oljegrödor Oljekål, Oljedådra och Etiopisk Senap NYA oljegrödor Fältkrassing, Oljepotatis, Oljebeta, Oljegräs och Oljepoppel Samhällets mineraloljeberoende är ett stort hinder för en hållbar utveckling En begränsad resurs Med miljöproblem (global uppvärmning) På sikt måste vi hitta en ersättning för denna viktiga råvara. Växtolja har förutsättningar att vara en ersättning bl.a. genom sin molekylärt strukturella likhet med mineralolja. 2

3 Målsättning Att om 20 år ersätta 40% av den fossila oljan i kemiindustrin med växtoljor Industrin ställer stora krav på de råvarumolekyler som den behöver i sina olika produktionsprocesser! Vanlig växtolja - Krav: Bra för ett mindre antal industriella tillämpningar Optimera den kemiska strukturen på oljan för kemiindustrin Omvandling av vanlig växtolja genom avancerade industriella metoder Förädlade specialoljeväxter som producerar funktionella råvarumolekyler Åstadkomma en kraftig ökning (ca 3 ggr den nuvarande) av den totala växtoljeproduktionen i världen. Användningsområdet styr valet av oljegröda Livsmedel Foder Råvara för industrin Råvara för industrin Ex. Oljesyra Fettsyror med funktionella grupper Epoxy Hydroxy Konjugerad Mycket långa fettsyror Medellånga fettsyror Vaxestrar Universal oljor Specialolje-kvalitéer A B C D E F G H Olika Oljegrödor 3

4 Förnyade oljegrödor Oljekål (Crambe abyssinica) Pod + seed Seed - pod Avkastar upp till 1000 kg olja/ha 4

5 Oljekål eller Crambe (Crambe abyssinica) Fettsyrasammansättning (%) i crambeolja: Frösammansättning: Oljeinnehåll 33-39% i frö + skida Proteininnehåll 20% frö + skida (Presskakan innehåller 50-60% protein) Fröavkastning: Upp till kg/ha Fatty Acid % of total 16: : :1 (oljesyra) : : : : :1 (erukasyra) 55-60% 24:0 0.7 C24:1 1.6 Others 2.5 Upp till 1200 kg olja/ha ICON Stort samarbetsprojekt över 5 år inom EU 7e ramprogram projekt - Industrial Crops producing added value Oils for Novel chemicals Koordineras från SLU, Alnarp och involverar 23 partners från Europa, Kanada, USA, Australien och Kina Mål med ICON: Utveckla olika typer av vaxestrar i industriella oljegrödor t.ex. Crambe 5

6 Kaskelotvalen jagades för sin spermacetiolja, som består av vax estrar vilket användes som oöverträffat smörjmedel. Jojoba växten har fröolja (vax esterar) som liknar spermacetioljan Fettsyra Fettalkoho 6

7 Isbrytaren för GM-grödor i Europa Produktion of vaxestrar i industri-oljegrödor med genteknik ICON är nu inne på 5:te året och vi har vaxestrar i alla våra industriolje-plattformar i halter upp till 50% av fröoljan. Vax estrar Fältförsök med oljekål i Skåne i år 7

8 Vi har också utvecklat högoljesyra- och högeruka-crambe Oljesyra upp till 85% (dock ännu ej stabil) Erukasyra upp till 75% (jmf 55-60% i omodifierad crambe) Fältförsök med oljekål med 30% vaxestrar och 75% erukasyra i Skåne i år. Dessa grödor skulle med stor sannolikhet vara mycket lönsamma att odla och skulle ersätta avsevärda mängder fossil olja i kemiindustrin Om de inte vore GMO. 8

9 Etiopisk senap (Brassica carinata) Avkastar upp till 1200 kg olja/ha Oljedådra (Camelina sativa) Avkastar upp till 1000 kg olja/ha 9

10 NYA Oljegrödeplattformar Att kraftigt öka den totala växtoljeproduktionen Nya potentiella grödor Arter med en hög oljeupplagrande förmåga Olika upplagringsvävnad Frön, frukter, rotknölar, rötter eller andra organ Perenna Insådd/Samodling Fältkrassing (Lepidium campestre) Svensk art av Brassica (kål) familjen 10

11 Domesticering av Fältkrassing till en ny oljeväxt med genteknik (Lepidium campestre) God agronomisk växt Köldhärdig Hög fröskörd (5 ton/ha) Tvåårig Fältkrassing insådd i korn som fånggröda Sommar År 2 Skörd av fältkrassing med avkastning på upp till 5 ton/ha Våren År 1 Samtidig sådd av korn och fältkrassing Höst År 1 Skörd av korn 11

12 Fältkrassingen behöver optimeras med genteknik innan den kan bli en gröda Frödråsning Fettsyrasammansättning Ökning av oljehalten Vi har utvecklat en effektiv transformeringsmetod för fältkrassingen och de första generna för ökad oljehalt har redan överförts. Nya oljeproducerande grödor Omvandling av stärkelse- och socker-grödor till oljegrödor Upplagringsform Stärkelse Solljus + CO 2 + H 2 0 = Socker Olja Socker Identifiering av den genetiska switchen eller omkopplaren mellan olje och stärkelse produktion öppnar för möjligheten att utveckla nya högoljegrödor 12

13 Att radikalt ändra cellernas metabolism fordrar att man ändrar uttrycket av gener som kodar för transkriptionsfaktorer Gener som kodar för enzymer Transkriptionsfaktor Det finns både sädesslag och rotknölar som ackumulerar olja Vi använder dessa som modellväxter för identifiering av den genetiska omkopplaren Jordmandeln är unik genom sin förmåga att lagra upp en stor mängd olja i sina underjordiska knölar samtidigt som den lagrar stärkelse och socker 26% Olja 21% Socker 12% Fibrer 6% Protein 31% Stärkelse 13

14 Lagringsorgan ovan- jord Fröer Havre - en modell växt för att omvandla cerealiegrödor till oljegrödor Havre är unik bland cerealierna i så motto att den deponerar den största mängden olja i sitt endosperm. Oljemängden i havrens kärna kan variera mellan 2-10% och skillnaden beror på endospermoljan Endosperm celler hos högolje havre Oil rotein tarch 14

15 Nya, framtida oljegrödor? Vete Havre Majs Olja Havre en ny oljegröda? En dubbling av oljeinnehållet i havre (till 20%) skulle ge en oljegröda som kan odlas över stora delar av vårt land och avkasta lika mycket som höstraps men med mycket lägre insatsvaror. 15

16 Kontroll blad Fett extrakt Olja (triglycerider) Fett extrakt 3. Anders S.Carlsson opublicerade resultat Lagringsorgan i jorden Knölar, rötter 16

17 Vi överförde dirigentgenen för oljebiosyntes från backtrav och jordmandel till potatis och ökade oljehalten i potatis upp till 150 ggr gener för oljebiosyntes Potatis med Wri1 Wrinkled 1 (Wri1) från backtrav eller jordmandel kontroll Olja Nya, framtida oljegrödor? Kassava Potatis Sockerbeta Rova Kålrot Olja 17

18 Andra lagringsorgan Gräs och Träd framtida oljegrödor? Olje Gräs Olje Poppel och salix Olja 18

19 Sammanfattning av förnyade och NYA oljeväxter Oljeväxter för produktion av special/tekniska oljor Oljekål (Crambe abyssinica) Etiopisk senap (Brassica carinata) Oljedådra (Camelina sativa) Högavkastande oljeväxter för produktion av universaloljor Fältkrassing (Lipidium campestre) Nya högavkastande oljeväxter Oljehavre Oljevete Oljerova Oljepotatis Oljebeta Oljegräs Oljepoppel 19