MASE. Microbial Activity for a Sound Environment. Årsrapport 2005

Transkript

1 MASE Microbial Activity for a Sound Environment Årsrapport 2005

2 MISTRA-STÖDD FORSKNING Stiftelsen för miljöstrategisk forskning, Mistra, stöder forskning av strategisk betydelse för en god livsmiljö och hållbar utveckling. Stiftelsen ska främja utvecklingen av starka forskningsmiljöer av högsta internationella klass med betydelse för Sveriges framtida konkurrenskraft. Forskningen ska medverka till att viktiga miljöproblem löses och till en miljöanpassad samhällsutveckling. Möjligheterna att uppnå industriella tillämpningar ska tas till vara. Mistra investerar i forskargrupper som i samverkan med användare bidrar till att lösa viktiga miljöproblem. Stödet uppgår till ca 200 miljoner kronor per år och Mistra finansierar ett tjugotal stora forskningsprogram, som vart och ett kan löpa mellan sex och åtta år. Målet är att resultatet av forskning på högsta vetenskapliga nivå ska komma till praktisk användning inom företag, förvaltningar och frivilligorganisationer. På det sättet kan Mistras forskningssatsningar bidra till en lösning på miljöproblemen. Strategin är att kapitalet ska göra nytta tre gånger genom starka forskarmiljöer som skapar användarvärde, genom egen kapitalförvaltning för hållbar utveckling och genom aktiv kommunikation för att göra resultaten kända. För mer information, besök Mistras hemsida: Kontaktperson för MASE Christopher Folkeson Welch MASE Laboratorierna Box Uppsala Telefon: E-post: chris.welch@maselab.se Bilden på framsidan visar ett av MASEs potatisförsök utanför Hedemora. Foto Jamshid Fatehi

3 Innehåll Programchefen har ordet... 4 Styrelsen: En aktiv partner i MASE... 5 Rapport från en industripartner... 6 Uppnådda resultat Petal 1. Användning av mikroorganismer i spannmålsproduktion Petal 2. Användning av mikroorganismer inom potatisproduktion Petal 3. Användning av mikroorganismer på golfbanor Petal 4. Användning av mikroorganismer i grönsaksproduktion Petal 5. Användning av mikroorganismer i sockerbetsproduktion Petal 6. Biologisk konservering Budgetöversikt Publikationer och mötesaktiviteter under Organisation Programstyrelsen

4 Programchefen har ordet Det gångna året har varit mycket händelserikt för MASE. Det har också varit mitt första år som programchef. Under året har vi sett fina resultat från både laboratorie-, växtkammar- och fältförsök och fått uppmärksamhet i den rikstäckande och den lokala pressen. Några förändringar i personalsammansättningen har ägt rum och samtidigt har vi genomfört några strukturella förändringar inom programmet. Under våren gick min företrädare Berndt Gerhardson i pension efter en tid med nedtrappning. Berndts insatser för programmet har varit enormt och han fortsätter att hålla ett öga på oss. Under våren tog några av våra medarbetare klivet vidare i sina karriärer och studier. Samtidigt kunde vi välkomna Leif Johansson, Rikard Johannisson (åter efter en period med föräldraledighet), Jonas Jönsson, Anders Broberg och Ann Gedin till programmet. Under de första månaderna fick vi kompetent hjälp av Erik Kanders som vikarierade i fermentationslabbet, och under sommaren anställdes Kristina Blomberg för att klara av den stora mängden fältförsök i Skåne. Resultat Planeringen inför säsongens alla fältförsök tog en stor del av årets första månader och kulminerade i ett intensivt arbete när alla fermentat skulle framställas under perioden mellan april och juni. Gruppen med ansvar för mikrobiellt understöd fungerade mycket bra och fick fram alla isolat till rätt försök vid rätt tid. Årets fältförsök i Sverige var spridda från Timrå i norr till Falsterbo i söder, med den största delen koncentrerade till delar av Skåne och Halland. Försök med ensilering, sockerbetor och grönsaker har också skett i Finland, Danmark, Tyskland och Spanien. Resultaten från året stärkte de goda resultat vi visat tidigare år och bekräftade goda växtstimulerande effekter i grönsaks- och potatisodling. De fina resultaten som mjölksyrabakterier har visat i ensilagetillverkning bekräftades också. Försök inom sockerbetsodling och skadesvampbekämpning i gräsytor gav inte de positiva effekter vi hade hoppats på, men gav ändå svar på ett antal frågor som gör att utvecklingsarbetet går vidare med ökad kunskap och erfarenhet. Spannmålsprojektet fortsatte att visa fina effekter av våra isolat mot angrepp av fusariumsvamp och för tillväxtstimulans. Tillsammans med petalens stakeholder kom vi fram till att de ekonomiska förutsättningarna för att ta fram en ny produkt för tillväxtstimulans eller fusariumbekämpning är begränsade och därmed togs beslut att avsluta försöken med spannmål. Samtidigt frisattes resurser som kommer de andra petaler till gagn. De petalvisa aktiviteterna redovisas mer detaljerat längre in i årsrapporten. Blickarna framåt Nu går vi in i den andra halvan av programtiden blir ett avgörande år för programmet de resultat vi får kommer att ligger till grund för beslut om framtida produkter för biologisk tillväxtstimulans och bekämpning. Under året måste våra fältförsök visa effekter som motsvarar förväntningarna hos petalernas stakeholders och framtida produktproducenter. I samarbete med systerprogrammet DOM kommer arbetet med säkerhetsvärdering och formulering att intensifieras. Utbytet med institutionen för Kemi vid SLU ökar då vi kommer att arbeta med Anders Broberg i frågor om verkningsmekanismer och analyser för produktoptimering. Styrelsen har under 2005 varit mycket aktiv och stödjande för verksamheten. Inför 2006 ser de som en stor uppgift att få fram grundläggande information om den framtida marknaden för MASEs produkter. Arbetet med att finna och upprätta kontakter med tilltänkta produktionspartners. Det kommande årets största händelse mot omvärlden blir den internationella konferensen i slutet av juni som anordnas i samarbete med DOMprogrammet. Vi förväntar oss uppemot åttio deltagare som representerar en rad olika discipliner från Europas alla hörn. Vi ser fram emot 2006 med entusiasm och optimism! Christopher Folkeson Welch - 4 -

5 Styrelsen: En aktiv partner i MASE Kenneth Alness Styrelseledamot Styrelsen spelar en viktig roll i MASE för att uppfylla MISTRAs mål med att kombinera o vetenskaplig höjd, o lösa viktiga miljöproblem o skapa svensk konkurrenskraft. Miljömålen löses och konkurrenskraft skapas först då forskningsresultat omsätts i produkter som används. Styrelsen diskuterar vid varje möte hur vi bäst kan hjälpa till så att MASE till sist ger produkter i användning. Styrelsen vill öka programmets fokusering på detta. MASE började med att arbeta brett för att få fram ett antal goda kandidater och underlag. Resultatet blev flera intressanta projekt. Nu måste antalet projekt minskas för att vi skall lyckas med något och kunna hitta intressenter som vill ta de stora kostnaderna för senare skeden i utvecklingen. I bedömningarna av vad som skulle kunna lyckas är styrelsens bredd viktig. Styrelsen har ju en sammansättning med erfarenhet från olika branscher och skeden i industriell verksamhet i kombination med erfarenhet från berörd myndighet. Ytterligare en dimension som gör arbetet än mer stimulerande är att vi banar ny mark. Vi skall introducera en banbrytande teknologi som avviker från etablerade normer rörande användning, produktion och myndigheters bedömning. Detta ställer stora krav på det underlag vi inom programmet måste ta fram innan en industriell aktör är beredd att överta ansvaret för utveckling och lansering. Det har även krävts en aktiv dialog med intressentföretag, den operativa delen i programmet och externa aktörer. Även styrelsen har deltagit i denna kommunikation. Styrelsens intensiva verksamhet kan kanske mätas i att vi haft sju protokollförda möten under året. Vi vill ta aktiv del i arbetet för att några av de framtagna organismerna skall få möjlighet att skapa svensk konkurrenskraft och bidra till att uppnå miljömål

6 Rapport från en industripartner Första MASE-produkten på marknaden. Medipharms VD Lennart Persson Företaget Medipharm, med sammanlagt 100 anställda i Sverige, Ungern, Tjeckien och USA, tillverkar bakteriekulturer för användning som aktiva ingredienser vid tillverkning av biologiska ensileringmedel, probiotiska foder- och livsmedelstillsatser samt starterkulturer för livsmedelsproduktion. Merparten av kulturerna baseras på mjölksyrabakterier, en grupp bakterier som har en flera tusen år lång historia av säker användning. Medipharm samarbetar med olika forskargrupper, bl. a. inom Mistras två forskningsprogram DOM och MASE. Som industripartner bidrar vi med direktfinansiering av forskning inom MASE, egna utvecklingsinsatser och industriellt kunnande. Inom MASE-programmet är vi en samarbetspartner i projektet Biologisk konservering med syfte att utveckla mikrobiologiska produkter som har en direktverkan mot mögelväxt i ensilage, något som f.n. uteslutande bekämpas genom användning av kemiska tillsatser. Utgångspunkten här har varit en svamphämmande mjölksyrabakterie, MiLAB393, som isolerades av professor Johan Schnürers forskargrupp år 2001 och vars tillämpningsmöjligheter patentsöktes. Medipharm förvärvade därefter licensen till användning för biologisk konservering och påbörjade omedelbart ett utvecklingsarbete för att ta fram nya produkter baserade på MiLAB393. Utvecklingsarbetet har omfattat fältförsök och utfordringsförsök i flera europeiska länder, bl. a. med ensilering i full tillämpad skala vid 50 finländska djurgårdar. Det har också inneburit odlingsoptimering i våra storskaliga fermentatorer, upprättande av dokumentation kring produkten samt notifiering i EU:s regelverk samt upprättande av marknadsavtal med distributör. Parallellt har MASE-programmets forskare påbörjat undersökningar av verkningsmekanismer, aktivitetspektra, antibiotikaresistens mm. Denna kunskap är en förutsättning för den fortsatta godkännandeprocessen enligt EU: s regelverk för fodermedelstillsatser. I vår kommunikation med användare av produkterna har vi också ett behov av att förklara produkternas funktion (mode of action). Feedtech Silage F3000 är ett biologiskt ensileringsmedel där den patenterade MASE-bakterien Lactobacillus plantarum MiLAB 393 är en av de aktiva starterkulturbakterierna - 6 -

7 Under 2005 erhöll vi Europapatent för användning av den svamphämmande mjölksyrabakterien MiLAB393 i biologiska ensileringssystem. Våren 2005 lanserades den första produkten innehållande MILAB 393 genom vår samarbetspartner DeLaval International. Produkten, Feedtech Silage F3000, är det första helt biologiska ensileringsmedlet på världsmarknaden med unik förmåga att direkthämma tillväxt av jäst och sporbildande skadebakterier. Detta blev också den första MASE-produkten på marknaden och vi ser fram emot fortsatt samarbete kring nya biotekniska miljötillämpningar av mjölksyrabakterier. Det nya Europeiska regelverket som nu växer fram under EFSA: s ledning angående mikrobiologiska tillsatser i foder och livsmedel gör det extra värdefullt för oss att kunna samarbeta med MISTRA: s forskningsprogram för dokumentation av produkternas funktion och värdering av säkerhetsaspekterna

8 Mikrobiellt understöd Jolanta Levenfors Atefeh Shokri Rickard Johannisson Valentin Carballo Ann Gedin Ansvarig: Jolanta Levenfors Mikroorganismer som visar gronings-, tillväxtstimulerande- eller svamphämmande aktivitet kan ha en stor kommersiell potential för att ersätta kemiska produkter inom jordbruksnäringen. Inom MASE utvecklas produktprototyper baserade på mikroorganismer för kommersiell användning i olika grödor och mot olika sjukdomar i ett antal projekt: golf, sockerbetor, potatis och grönsaker. För att tillfredsställa behov som är av stor betydelse för samtliga dessa projekt har specialistkompetens och utrustning samlats i en central funktion som kallas gruppen för mikrobiellt understöd. Gruppens mål är att arbeta tillsammans med projekten så att MASE:s huvudmål uppnås, dvs att de produktprototyper som utvecklas uppfyller de kravspecifikationer som bestämts inom de olika projekten. Mer konkret innebär det att i gruppens arbete ingår dels produktutveckling och dels framtagning av underlag för framtida produktregistrering. Liksom kemiska bekämpningsmedel måste även biologiska produkter genomgå en krävande registreringsprocess enligt strikta EU-regler för att bli godkända för försäljning. Under denna process måste ett stort antal egenskaper hos mikroorganismen och produkten studeras och redovisas i syfte att påvisa att användande inte medför oacceptabla risker för miljö och användare. I produktutvecklingen ingår bland annat optimering av odlingsförhållanden för de aktiva mikroorganismerna, framtagning och utförande av klimatkammartester samt formulering och lagringsstudier. Under utvecklingen är det viktigt att hela tiden beakta registreringskraven. För att en biologisk produkt skall bli konkurrenskraftig på marknaden måste den uppfylla ett antal krav. Bland annat skall den ha tillräcklig biologisk effekt och lagringsbarhet, men inte minst viktigt är att hålla nere produktionskostnaden. Bild 1. MASE:s tre fermentorer med pågående odling av MASE:s lovande bakterieisolat

9 Personal Gruppen för mikrobiellt understöd har varierat i storlek under året. Vid arbetstoppar och för särskilda projekt har arbetskraft inhämtats från MASEs petaler. Inom gruppen har Jolanta Levenfors svarat för koordinering och karakteriseringsarbetet, Atefeh Shokri och Rikard Johannisson har haft ansvar för fermenteringsförsöken (under årets första tre månader vikarierade Erik Kanders då Rikard var föräldraledig). Biotesterna i klimatkammare genomfördes av Valentin Carballo och Ann Gedin, som även svarade för en del av basfunktionerna inom gruppen. Jamshid Fatehi deltog i gruppens arbete med identifiering av patogena svampar, utveckling av nya biotester eller utredning av bakteriernas verkningsmekanismer. Årets händelser Utveckling av produktprototyper Under året utförde gruppen cirka 100 fermentationer, varav de flesta skedde i MASE:s tre egna fermentorer med en odlingsvolym på upp till 1,3 liter (Bild 1). Vid behov av större mängder för fältförsök har vi använt tre fermentorer med en odlingsvolym på upp till 12 liter som MASE har tillgång till genom våra samarbetspartners BioAgri AB och DOM-programmet. De första fältförsöken påbörjades redan i februari, och tack vara en lång och mild höst avslutades de sista i början av november. Gruppen utförde åtskilliga fermentationer med målet att utveckla produktprototyper. Arbetet koncentrerades på optimering av ett av MASE:s mest lovande bakterieisolat i syfte att förbättra fermentatets egenskaper såsom cellmängd, bioeffekt och lagringsbarhet. Resultaten från två biotester (utsädesbetning av spenat och rotdoppning av sallad) visar förbättrad bioeffekt genom ändring av vissa fermenteringsparametrar. Uppkomsten av spenatplantor ökade när fröna behandlades med fermentat från odlingarna FOM120 och FOM121 medan behandling med fermentat från odlingarna FOM119 och FOM128 inte visade någon effekt jämfört med obehandlad kontroll (Figur 1). 20 Antal uppkomna växter/kruka Obehandlad FOM119 FOM120 Behandling FOM121 FOM128 Figur 1. Effekten av fröbehandling på uppkomsten av spenat. Alla behandlingar skedde med samma bakterieisolat, odlat med olika inställningar av ph och temperatur. Skillnaderna var ännu större när isbergssallat behandlades med FOM121. Vid skörd noterades upp till 70 % högre grönmassa jämfört med obehandlad kontroll (Bild 2). Genom att testa bakterieeffekter i flera olika växtsystem och utföra andra tester kan man hitta både de optimala odlingsförhållandena och förbättra lagringsbarheten för en bakteriell produkt. Förändringarna i fermentatets egenskaper studeras för den lagrade fermentat och för behandlade fröer. Arbetet med lagringsstudier är ett första steg i utvecklingen av formulerade produktprototyper. Formuleringsutveckling kommer att pågå intensivt under det kommande året för att ta fram produktprototyper som uppfyller de krav som den kommersiella marknaden ställer

10 Bild 2. Bioeffekt av fermentat FOM121 på grönmassa av isbergssallat. Försöket utfördes i samarbete med grönsaksprojektet i Skåne. Säkerhetsvärdering och verkningsmekanismer Analys av 16S-rRNA gensekvenser har används för att identifiera utvalda bakterieisolat. Syftet var att bekräfta att de isolat vi arbetar med uppfyller säkerhetskraven. Analys av sekvensdata visade att de flesta isolaten tillhör gruppen gramnegativa bakterier. Isolaten är dessutom med en stor sannolikhet unika. Noggrann undersökning av publicerade uppgifter om liknande bakteriearter visade vidare att inget av de beskrivna isolaten tidigare har rapporterats som human-, djur-, eller växtpatogener. Identifiering av svamppatogener som orsakar sjukdomar på golfbanor utfördes i samarbete med golfprojektet. Syftet var att vidareutveckla ett biotest för tillförlitlig utvärdering av bioeffekter vid bakteriebehandling i sådana system. Svamparna isolerades och identifierades med hjälp av mikroskopi. En metod för att producera svampsporer modifierades och testet utvärderas nu med goda resultat i klimatkammare. Studier av hur olika bakterieisolat koloniserar växterna påbörjades för att utröna verkningsmekanismerna hos två av MASE:s viktiga bakterieisolat. Preliminära tröskelvärden för resistens och känslighet för flera olika antibiotika har bestämts och flera naturliga rifampicinresistenta mutanter av de två isolaten har hittats. Vi lyckades även transformera ett av isolaten så att det uttryckte det rödfluorescerande proteinet DsRed (Bild 3). Denna markörgen kan komma till användning såväl vid studier av interaktionen mellan bakterie och värdväxt, som vid undersökning av bakteriernas kolonisering av växternas rötter. Bild 3 Ett av MASE:s lovande isolat som transformerats och uttrycker ett rött fluorescerande protein

11 Uppnådda resultat 2005 Utsättning av försök med vitkål i Skåne. Mjölksyrabakterier testas i småskaliga ensileringsförsök

12 Petal 1. Användning av mikroorganismer i spannmålsproduktion Projekt A Mikrobiell tillväxtreglering i spannmålsodling Projektledare Industripart: Jolanta Levenfors Maselaboratorierna AB Jolanta Levenfors Spannmål utgör merparten av den kommersiella odlingen både i Sverige och i hela världen och en stor andel av kemiska bekämpningsmedel används därför i spannmålsodlingen. Aktiviteterna under 2005 byggde på resultaten från 2004 där groningsoch tillväxtstimulans visades för flera av isolaten. Signifikanta effekter på uppkomst av vårvete och bättre skörd var då noterade när både osmittat utsäde och utsäde med viss smittnivå behandlades med utvalda bakterieisolat. Målsättning 2005 Huvudmålsättningen var att i fältförsök verifiera gronings- och tillväxtstimulering i vårvete av fem utvalda bakterieisolat. I samarbete med DOMprogrammet testades även den sjukdomsbekämpande potentialen mot utsädesburna svampar hos två isolat i fält- och växthusodlat höstvete. Effekter av optimerade bakterieodlingar och dess koncentrationer före appliceringen i fält utvärderades i kompletterade växthusförsök. Uppnådda resultat Under vintern gjordes ett antal växthusförsök med vårvete för att testa gronings- och tillväxtstimulering av optimerade bakterieodlingar, olika bakteriekoncentrationer och olika kombinationer med bara bakterieceller eller supernatant. Analys av resultaten från växthusförsök visar tydligt att flera faktorer har starkt påverkat effekten av isolaten. Koncentrationen hade den största och mest signifikanta betydelsen för bakterieeffekterna på groningsstimulering och uppkomst av vårvete. (Figur 2A och B). Fermentat (celler + supernatant) och levande bakterieceller hade betydligt bättre effekt än bakteriesupernatant utan celler (Figur 2B). Smittonivå på utsäde kan också påverka effektnivån. Fem bakterieisolat (fyra utvalda redan år 2004 och ett som visade en stor potential i andra projekt) användes för fältförsök i vårvete. För att verifiera effekterna som bakterieisolat visade år 2004 användes samma försöksplan och försöken var placerad på liknande försöksplatser. Utsäde (två olika smittonivåer) behandlades med optimerade odlingar av bakteriekulturer. Bakterierna applicerades genom traditionell betning eller med en sprayteknik som utarbetats inom DOMprogrammet. Fältförsök lades ut både 2004 och 2005 i höstvete, i samarbete med DOMprogrammet. Effekterna av två bakterieisolat på höstveteuppkomst och sjukdomsbekämpning utvärderas i dessa försök. Avslutande skörderesultat från dessa försök blir tillgängliga först under hösten

13 A 40 B Antal växt 20 Antal växt Obehandlat Bak. A Bak. A 1:10 Bak. B Bak. B 1:10 Bak. C Bak. C 1:10 0 Obehandlat Bak. A 1:10 Bak. A 1:50 Supern. A 1:10 Supern. A 1:50 Bak. A Celler Bakterieisolat Bakterieisolat Figur 2. Uppkomst av vårvete vid bakteriebehandling i växthusförsök. A: Behandlat med tre bakterieisolat i två koncentrationer, och B: Behandlat med två koncentrationer av isolat A, samt dess supernatant och tvättade bakterieceller. Resultaten från fältförsöken år 2005 såväl som de från år 2004 visar att bakteriebehandling kan tydligt förbättra uppkomst av vår- och höstvete. Skillnaderna i höstvete var dock betydligt större än i vårvete. I höstvete gav bakteriebehandlade led klart bättre etablerade bestånd än smittad kontroll efter övervintring (Bild 4). Bakteriebehandling av höstvete ökade uppkomst och vinteröverlevnad med 30 % (Bakterie R) och 23 % (bakterie Z), jämfört med smittad kontroll (Figur 3). Detta gav en skördeökning på 11 % respektive 26 %. I vårvete ökade bakteriebehandling uppkomsten upp till 8 % och skörden med upp till 4 %. Det var inga tydliga skillnader mellan de två appliceringsmetoderna. Bakteriebehandling gav bättre effekt på smittat än på friskt utsäde. Analys av de erhållna resultaten tyder alltså på att den största delen av behandlingseffekten består av förmågan att bekämpa utsädeburna och eventuellt jordburna svampar. Endast en mindre del kan förklaras med direkt gronings- och tillväxtstimulerande egenskaper hos isolaten. Bakterieeffekter var därför tydligare i höstvetefältförsöket, i vilket utsäde med hög smittonivå behandlades. I våra fältförsök har ren tillväxtstimulans bidragit för lite till uppkomst- och skördeökning för att motivera vidareutveckling mot en kommersiell produkt inom detta område. Däremot var effekterna på höstvete mer lovande, vilket tyder på större potential för en produkt baserad på bekämpningseffekt. Liknande utvecklingsarbeten pågår dock i andra MISTRAprogram. Dessutom finns liknande produkter redan tillgängliga på marknaden. Bild 4. Fältförsök sått med höstvete. Bakteriebehandlat led till vänster, smittad kontroll till höger. Antal vävter/m Frisk CTRl Smittad CTRL Celest Behandling Bak. R Bak. Z Figur 3. Effekt av bakteriebehandling på höstvete, hösten 2004 (till vänster) och våren 2005 (till höger)

14 Projekt B: Mikroorganismer mot axfusarios Tahsein Amein Zahra Saad-Omar Projektledare: Tahsein Amein Industripart: MASElaboratorierna AB Axfusarios är en ekonomiskt mycket viktig och besvärlig sjukdom, särskilt på vete där skördeförluster på upp till 70 % har rapporterats. Även korn, råg och havre angrips. Sjukdomen orsakas av ett helt komplex där olika Fusariumsvampar är inblandade. De infekterar såväl groddar som strån och ax och vissa av dem utsöndrar mykotoxiner som har skadlig verkan på människor och djur. Målsättning 2005 Målsättningen för petalens arbete under 2005 var fortsatta tester av ett fåtal utvalda mikroorganismer för deras effekt mot axfusariosangrepp och för utveckling av biotestsystem i växthus. Dessutom ingick utvärdering av bakterieisolat som har visat god effekt i andra MASE- projekt. mikroorganismer mot axfusarios. Alla isolat som användes för besprutning mot axfusarios testades också som utsädebetning mot snömögel. Tre isolat, varav två bakterieisolat och ett svampisolat (Fusarium oxysporum (FOX)) användes under juli för besprutning av veteaxen i sex fältförsök, tre i höst- respektive tre på vårvete. Dessutom användes tre bakterieisolat som utsädebetningsmedel i tre fältförsök i vårvete. Effekterna av axbesprutningen var varierande, detta gäller även för de kemiska preparaten. Allmänt var effekterna betydligt svagare i fält än i växthusförsöken. Generellt kan sägas att bakteriebesprutningen hade bättre effekt i vårvete än i höstvete. Bästa resultat, 13 % skördeökning, visades i ett vårvete försök (Figur 4). Ett annat mål var att testa ett antal utvalda bakterieisolat som betningsmedel i vete mot snömögelsvampen Microdochium nivale i växthusexperiment. Viktiga aktiviteter var också tester och utvärderingar av de utvalda mikroorganismerna genom besprutning mot axfusarioser och som betningsmedel mot snömögel under praktiska förhållanden. Personal Projektgruppen har bestått av Dr Tahsein Amein och Dr Zahra Saad-Omar ,8 10 3,7 109,4 10 1, ,5 Kontroll Kemisk p Fox Aktiviteter och uppnådda resultat Under vinter och vår fortsatte testerna av ett mindre antal bakterieisolat som visat god effekt i en serie växthusexperiment. I dessa experiment testades olika doser, olika antal behandlingar och olika klimatförhållande. De mest lovande isolaten testades i olika laboratorietestmetoder. Dessutom testades också andra bakterieisolat vilka visat bra effekt i andra projekt och ett antal nya 0 % Skörd (Märs.) % Skörd (Vatt.) % Skörd (Hed.) Figur 4. Effekten av axbesprutning med ett svampisolat (FOX) på skörden av vårvete i tre olika fältförsök. Vetet var först smittat med en patogen Fusarium-svamp

15 Växthustester med utsädebetning av ett fåtal bakterieisolat visade mycket god effekt på grobarhet av veteplantor och på reducering av snömögel (Bild.5). Dessutom visade in vitro-tester av dessa bakterieisolat på agarplattor att deras biologiskt aktiva metaboliter hade stark bekämpningseffekt mot patogena Fusarium svampar (Bild 6). Bild 6. Fusariumtillväxten stoppas av en antagonistisk bakterie (höger), normal fusariumtillväxt (vänster). Bild 5. Effekten av utsädebehandling med ett bakterieisolat (vänster) på grobarhet av veteplantor smittade med svampen Fusarium spp., kontroll (höger). Resultaten från fältförsök i höstvete visade att ett isolat hade mycket god effekt på grobarheten av veteplantor (48 % fler plantor/m 2 ), och 25,9 % skördeökning (Figur 5). I vårvete fanns inga stora skillnader mellan behandlingarna. Detta berodde sannolikt på svag utsädessmitta och väderförhållanden som inte gynnade sjukdomsutveckling. Som helhet ger 2004 och 2005 års resultat en bild av hur komplicerad bekämpningen av axfusrioser är. Det är många faktorer som har betydelse och påverkar sjukdomsutvecklingen och dess kontroll. Å anda sidan visar dessa resultat att vissa mikroorganismer har en potential för utsädebetning mot snömögelsvampen Microdochium nivale. Antal plantor/m A A A B B A A A 2004 Nov May Behandlingar Frisk smittat Celest Isolat TA-1 Isolat TA-2 Figur 5. Effekten av utsädebehandling med två olika bakterieisolat på antal plantor per kvadratmeter i ett fältförsök i höstvete. Utsädet var naturligt starkt smittat med svampen Microdochium nivale. Planträkningen gjordes två gånger, i olika utvecklingsstadier. B B

16 Petal 2. Användning av mikroorganismer inom potatisproduktion Margareta Hökegerg Jamshid Fatehi Petalledare: Jamshid Fatehi Industripart: BioAgri AB Potatis är en stor gröda internationellt sett och en viktig del i det svenska kosthållet. Vi vill att detta baslivsmedel ska odlas på ett sådant sätt att vi inte behöver oroa oss för hälsa och miljö på grund av resthalter av bekämpningsmedel i potatisen och miljöbelastande bieffekter av odlingsmetoderna. Samtidigt måste skördenivåerna hållas höga för att odlaren ska få tillräcklig ekonomisk avkastning. Behandling av sättknölarna med tillväxtstimulerande bakterier har i våra fältförsök 2004 och 2005 visat sig ge högre potatisskördar. Skördeökningen efter bakteriebehandling ligger på cirka 10 % i sen potatis och på upp till 23 % i årets färskpotatisförsök. Uppkomsten har också visat sig bli betydligt snabbare efter behandling med bakterierna. Detta kan leda till mindre sjukdom i fältet, eftersom potatisplantan snabbare kommer över det infektionskänsliga, unga plantstadiet. Då vädrets makter styr temperatur och sol är det inte varje år man till midsommar kan köpa svensk färskpotatis till rimliga priser. En rad olika metoder finns för att snabba på tillväxten och få en tidigare skörd av färskpotatis, såsom odling i södersluttning eller odling under duk. Ett sätt att ytterligare snabba på potatisen är alltså att behandla potatis med tillväxtfrämjande bakterier. En behandling med bakterier kan i framtiden avgöra om det finns inhemsk färskpotatis att tillgå till midsommar eller inte. Viktiga frågeställningar 2005 Har bakterieisolaten samma effekt på olika sorter av färsk och sen potatis? Vilken koncentration av bakterier är optimal för tillväxtstimulering? Vilken appliceringsmetod är den mest effektiva? Personal Under året har Jamshid Fatehi och Margareta Hökeberg arbetat inom projektet. Dessutom har Mikrobiellt understöd bidragit med bl. a. fermentering och lagringsstudier. Personalen från MASEs grönsakspetal har hjälpt till med sättning, avläsningar och skörd av potatisförsöken i Skåne. Aktiviteter och uppnådda resultat Biotesten som utvecklades under första året av programmet användes under år två till att utvärdera effekten av två utvalda bakterieisolat, ett valt från första årets fältförsök och ett som visat goda resultat inom grönsakspetalen. I en serie experiment testades effekten av dessa isolat i olika koncentrationer på tre sorter vardera av färsk och sen potatis. Generellt sett svarade alla testade sorter med en större tillväxtökning vid större doser. Fem fältförsök har utförts under året, tre i Skåne och två i Dalarna, med olika odlingsteknik och sorter. Förutom inverkan på avkastning mättes också parametrar såsom uppkomsthastighet, antal och storlek på uppkomna plantor, tidpunkt för blomning samt fraktionsstorlekar på knölarna. I försöket med färskpotatis användes två olika odlingsstrategier: med och utan täckväv. I det täckta försöket ökade avkastningen med upp till 23 %. Effekten var också tydlig med avseende på snabbare uppkomst och högre antal plantor med stora bladrosetter i bakteriebehandlade led (Figur 6)

17 I försöket med sen potatis jämfördes två olika sätt att applicera bakterierna: sprayning och doppning av sättknölarna. Doppningen visade sig vara den mest effektiva metoden med en skördeökning med tio procent. I ett annat fältförsök jämfördes effekten av olika bakteriekoncentrationer i två olika sorter. Resultaten överensstämde med det vi sett i biotestet; den högre koncentrationen ger en starkare skördehöjande effekt. I ett antal kammarförsök testades bakterieisolatens tillväxtfrämjande effekt på potatis och grönsaksplantor smittade med Rhizoctonia solani. Ingen av isolaten gav någon signifikant bättre tillväxt än obehandlad kontroll. Å andra sidan har testet visat sig fungera utmärkt för bestämning av Rhizoctonia-smitta på potatisutsäde % Uppkomna Skörd (Kg/Ha) Vatten MS 120 MS 320 utan väv med väv 0 Obeh. Vatten MS120 MS320 utan väv med väv Figur 6. Uppkomst (Vänster) och potatisskörd (höger) av tidig färskpotatis efter knölbehandling med bakterier och odling med eller utan fiberduk

18 Petal 3. Användning av mikroorganismer på golfbanor Petalledare: Leif Johansson Industripart: Svenska Golfförbundet Leif Johansson Zahra Saad-Omer Golf har blivit en folksport i Sverige, allt eftersom intresset vuxit har också antalet banor och användandet av befintliga banor ökat. Ökad användning ökar också slitaget och risken för svampsjukdomar på greenerna. För att kunna hålla greener och fairways i bästa skick krävs stora insatser av arbete och behandlingar. Då många av golfbanorna ligger i, eller nära anslutning till, naturreservat och vattentäkter är det, eller kommer att bli, förbud mot användning av kemiska bekämpningsmedel. En vilja hos Svenska Golfförbundet att bli mer miljövänligt har skapat ett samarbete med MASE för att hitta nya möjligheter för bekämpning. Målsättningar 2005 Att testa fler isolat med en större geografiskt spridning av försöksplatserna Att med fler behandlingar kunna få en bättre timing i behandlingarna mot snömögel Att utveckla en bra biotest för bakteriebehandling mot snömögel Att finna ett användbart bakterieisolat som kan användas som biokontroll mot vitklöver. Personal Under året har Tahsein Amein, Leif Johansson och Zahra Saad-Omer varit anställda i projektet. Dessutom har mikrobiologisk support jobbat med fermentering och optimering av bakterieisolaten. Aktiviteter och uppnådda resultat Snömögel Avläsningen av fältförsöken mot snömögel som behandlades under hösten 2004 inledde fältsäsongen. Resultaten var inte övertygande, men en slutsats man kan dra är att timingen för appliceringen är mycket viktig. Eftersom endast två bakterieisolat användes under första året bestämdes att ytterligare isolat behövde testas i fält. Dessutom ändrades den geografiska spridningen på banor som används till fältförsök. Från att från första året enbart jobba med banor i Mälardalen, spreds nu försöken från Falsterbo i söder till Timrå i norr. En tidig behandling gjordes också för att undersöka om en applicering av bakterier på våren kan förhindra sommarfläckar orsakade av olika Fusarium svampar. Denna behandling visade sig dock ha ringa betydelse eftersom det inte fanns några skillnader vare sig mellan bakteriebehandlade, obehandlade eller kemiskt behandlade led. Under höstbehandlingarna mot snömögel användes fem bakterieisolat. På fyra av banorna har en teknik med inkapsling av bakterierna testats. Den innebär att man får en långsam frisläppning av bakterier under längre tid och förhoppningsvis kan man då få en bättre anpassning i tiden för effekten mot snömögel. Dessa försök kommer att avläsas under våren, men redan under hösten kom tecken som tyder på effekt av behandlingarna på vissa banor. På Maselaboratorierna har under året pågått utveckling av en biotest för att i kammare säkert kunna få pålitliga resultat om effekten av bakteriebehandlingar mot snömögel. Vitklöver Svenska Golfförbundet har också visat intresse för biologisk behandling av ogräs och då framförallt vitklöver. Därför har också ett delprojekt är att hitta användbara mikroorganismer som kan kontrollera vitklöver initierats under året

19 De huvudsakliga aktiviteterna har varit fokuserade på att välja ut lämpliga mikroorganismer som kan användas som biologisk bekämpning mot vitklöver. 18 Fem isolat valdes ut och en biotest i växtkammare utvecklades. Alla fem isolaten visade signifikant tillväxthämning hos vitklöver. I en test där man sprayade bakterierna på bladen minskade torrvikten på plantorna med 95 % (Figur 7 och bild 7). Pågående tester inkluderar tester av flera isolat, de bästa av dessa ska sedan användas i fältförsök under Klöver vikt / g FW DW 3 0 CTRL Media Bakterie 1 Figur 7. Färsk- och torrvikt av klöverplantor behandlade vid enbladstadiet och skördade efter en månad CTRL = obehandlad kontroll, Media = sterilt kulturmedium. Bild 7. Klöverplantor bekämpade med Bakterie 1 (höger) och Kontroll (vänster)

20 Petal 4. Användning av mikroorganismer i grönsaksproduktion Mariann Wikström Anna Kerstin Sara Rasmussen Lars Persson Jonas Jönsson Arvidsson Petalledare: Mariann Wikström Industripart: Findus R&D AB Grönsaker har en allt viktigare plats i vår kosthållning. De står för god hälsa och förhöjer både smak- och synintrycket på tallriken. Inga tillsatser behövs för att göra en grönsak nyttig och den innehåller naturligt stora mängder fibrer och antioxidanter. För att bevara alla dessa nyttigheter i grönsakerna bör de tillagas i liten utsträckning eller helst ätas råa. Detta ställer höga krav på odlaren som samtidigt skall framställa grönsaksprodukter av högsta kvalitet utan att riskera att resthalter av bekämpningsmedel samlas i primören. Odling av grönsaker är en intensiv produktion som utgör ett stort värde per odlad ytenhet. Skillnaden mellan en produkt av högsta kvalitet och en som inte går att sälja är liten och därmed är de ekonomiska riskerna stora i odlingen. Pesticidanvändning är ett sätt att försäkra sig att säkerställa kvaliteten. På senare år har dock användningen av pesticider i grönsaker minskat i takt med förfinade prognosmetoder och utvecklingen av effektiva alternativa metoder. Mikroorganismer har visat sig ha en gronings- och tillväxtstimulerande effekt i flera grönsakskulturer. Grönsakspetalens fältförsök under 2004 och 2005 har visat att skörden kan ökas med 10-15% när bakterier appliceras på utsädet eller på rötterna innan sådd eller plantering i fält. Fältförsöken har också visat att bakteriebehandlade grödor kan skördas upp till en vecka tidigare än obehandlade. Några dagars försprång redan från start i en odling ökar ogräskonkurrensen och därmed kan insatserna av ogräsbekämpning minskas. Priset på marknaden är oftast högst till den som kommer ut först med primörer på sommaren. Viktiga frågeställningar 2005 Målsättningen under året var att testa ett antal isolat av jordbakterier i praktisk fältodling av grönsaker och att ytterligare fastställa den tillväxtstimulerande effekten i flera grönsakskulturer samt att prova ut rätt teknik för applicering av bakterier i praktisk odling. Personal Personer direkt engagerade i grönsakspetalens aktiviteter har under 2005 varit Mariann Wikström (deltid), Anna Kerstin Arvidsson (deltid), Sara Rasmussen (heltid, mammaledig), Jonas Jönsson (heltid, vikarie), Kristina Blomberg (deltid, säsong) samt Lars Persson (deltid). Aktiviteter och uppnådda resultat Huvuddelen av petalens aktiviteter har ägnats åt att praktiskt, i fält och växthus, testa olika bakterieisolats tillväxtstimulerande effekt i aktuella grönsakskulturer. Arbetet har i huvudsak bedrivits i Skåne på Findus försöksanläggning Selleberga i Bjuv. Fältförsök har lagts ut i Findus viktigaste grödor hos utvalda kontraktsodlare i västra Skåne. I kulturer som inte ingår i Findus odlingar sker samarbetet direkt med odlaren. Försök i paprika och tomat har genomförts i samarbete med en försöksstation, Ctaex, i Spanien

21 Tidigt under året genomfördes växthusförsök i de kulturer som planerades till fältsäsongen. Försäsongen utnyttjades för att säkerställa att utsädet klarade bakteriebehandling utan att skadas och för att utreda vilken dos som var lämplig för att uppnå avsedd tillväxtstimulerande effekt. Fyra bakterieisolat valdes ut och användes genomgående i de flesta försök som genomfördes under året. Totalt genomfördes 18 fältförsök i grönsakspetalens regi i 12 olika grödor. Utsädet fröbehandlades med bakteriesuspension dagarna innan sådd i dill, morötter, spenat och ärter. Plantskoleplantor doppades i bakteriesuspension så att torvkuben och rötterna genomblöttes innan utplantering i följande grödor: broccoli, grönkål, isbergssallat, jordgubbar, kålrot, paprika, tomat och vitkål. genom bakteriebehandling sluta sig flera dagar tidigare och därmed ges ett försprång i ogräskonkurrensen. Alla resultat från två säsongers fältförsök i olika grönsakskulturer har analyserats statistiskt och de ger en övertygande bild av potentialen i att använda bakterier i ett tillväxtstimulerande syfte (Figur 8). Två isolat har visat sig ge en signifikant skördeökning på %. Intressant är att samma bakterieisolat är positivt i flera olika grödor. I grödor som planteras ut är det praktiskt möjligt att redan idag använda färska bakteriesuspensioner för doppning av rötter i kommersiell grönsaksodling. I de grödor där utsädet behandlas med bakterier krävs mer arbete med formuleringar och appliceringsteknik innan målet med en produkt på marknaden är uppnått Relativ skörd Bild 8. Isbergssallat behandlad med tillväxtstimulerande bakterier vid plantering (B - till vänster) jämfört med obehandlade plantor (A - till höger). MS240 MS140 MS440 MS340 Obehandlad Resultaten visade på en god tillväxtstimulerande effekt i flera grödor. Särskilt har det observerats att frö och plantor behandlade med bakterier ges ett försprång under tillväxtperioden jämfört med obehandlade plantor (Bild 8). Ett bestånd kan Figur 8. Relativ skörd för olika bakterieisolat använda i fältförsök med blockstruktur i grönsaker under fältsäsongerna 2004 och Skörden jämfördes med obehandlade led (=100) som fanns med i alla försök som kontroll. Isolaten MS 240 och MS 120 gav en signifikant (ρ=0,0016) skördeökning med %

22 Petal 5. Användning av mikroorganismer i sockerbetsproduktion Leif Johansson Petalledare: Leif Johansson Industriparter: Alstedgaard, Danisco Seed AS, KWS saat AG, SBU AB och Syngenta Seeds AB. Ett snabbt etablerat bestånd är viktigt för att sockerbetan ska kunna utnyttja växtsäsongen optimalt. En snabb etablering gör det också möjligt för groddplantorna att undkomma tidiga angrepp av groddbrand orsakad av olika svamppatogener. En tidig uppkomst är en förutsättning för ett tätt bestånd, som också minskar utrymmet för ogräs. Detta i sin tur är en förutsättning för att sockerbetan maximalt ska utnyttja växtarealen och att fungera som solfångare och kolhydratbyggare. Ett sätt att hjälpa plantorna till en snabbare uppkomst är att behandla frön med tillväxtfrämjande bakterier. Såväl samhälle som näring har en uttalad vilja att minska kemikalieanvändandet inom jordbruket. Att behandla frön med jordburna bakterier som snabbar på uppkomsten av grödan kan vara en väg mot målet om man på detta sätt kan ersätta eller komplettera kemisk frö- och ogräsbehandling. Viktiga frågeställningar 2005 utveckla fröbehandling som ger snabbare uppkomst och ett jämnare och friskare bestånd. bekräfta fjolårets resultat med bättre uppkomst hos bakteriebehandlat frö. Personal Under året har Leif Johansson och Zahra Saad- Omer varit anställda i projektet. Dessutom har mikrobiologisk support jobbat med fermentering och optimering. Valentin Carballo har skött en del av kammarförsöken. Arbetet med fältförsök har uteslutande bedrivits av våra industriparter. Aktiviteter och uppnådda resultat Året började med ett planeringsmöte i Danmark, där de inblandade kom överens om att snabb uppkomst är det primära målet för projektet. Detaljer för fältförsök bestämdes, och man enades om att koncentrera sig på ett av de bakterieisolat som visat lovande resultat förra säsongen. Pelletering och fröbehandling utfördes av Danisco seed. Efter behandling gjordes en första räkning av bakterier på pelletten, den visade att få bakterier överlevt. Fältförsök lades ut i Sverige, Danmark och Tyskland. I fältförsöken registrerades uppkomsttidpunkt och skörd. Resultaten av fältförsöken visade, i två av de tre försöken, inte på någon signifikant skillnad vare sig för skörd eller uppkomst för bakteriebehandlade led. I de tyska försöken kunde man dock se en mindre skördeökning för de led behandlade med bakterier, insekticider och insekticider (Figur 9). Detta kan möjligen förklaras av dålig överlevnad av bakterierna på pellets och svår torka vid uppkomsten i Sverige och Danmark. Jämsides med fältförsöken har uppkomst- och dosrespons-försök i växtkammare utförts i Uppsala med ett femtontal olika bakterieisolat. Resultaten pekar på att vi har några nya bra kandidater för förbättrad uppkomst (Figur 10). En test av bakteriernas känslighet för pesticider visar att tillväxt inte påverkas ens av mycket höga doser av de fungicider och insekticider som används i sockerbetsfrö. Trots en inte alltför lyckad fältsäsong har vi gott hopp inför säsongen

23 Rotskörd dt/ha LSD: 38 A B C D E Figur 9. Rotskörd från fältförsök i Tyskland. A = Kontroll med insekticid, B = Kontroll med fungicid och insekticid, C = Bakteriebehandling med insekticid, D = Bakteriebehandling med carrier och insekticidoch E = Bakteriebehandling med carrier, fungicid och insekticid Tidig uppkomst Plantor per upprepning A B C D E F G Figur 10. Uppkomstförsök med olika bakterier i växtkammare. A = obehandlad kontroll, B = vattenbehandlad kontroll, C till G olika bakterier

24 Petal 6. Biologisk konservering Cecilia Berglund Helena Lind Johan Schnürer Karin Jacobsson Katrin Ström Projektledare: Johan Schnürer Industripart: Medipharm AB Biologisk konservering utnyttjar ofarliga mikroorganismer för att minska skador av förskämmande, toxinbildande eller sjukdomsalstrande mikroorganismer vid förvaring av livsmedel och djurfoder. Mänskligheten har under tusentals år utnyttjat denna möjlighet vid olika fermenteringar, t ex för att konservera fuktigt gräs som ensilage till djurfoder, eller för att göra ost och yoghurt från mjölk. Om konserveringen misslyckas och skadliga mikroorganismer tillväxer i livsmedel och foder måste dessa kasseras, med betydande indirekta miljökonsekvenser som följd. Odling av växter, och än mer produktion av animaliska livsmedel, kräver stora insatser av fossila bränslen, kemiska gödningsmedel och bekämpningsmedel. Om livsmedel eller foder därefter måste kasseras till följd av svampväxt har allt detta skett till ingen nytta. Globalt räknar man med att upp till en fjärdedel av alla frukter, grönsaker och spannmål förstörs av mögelväxt efter skörd. Lågt räknat går därför minst 10 % av de samlade odlingsinsatser som görs till spillo och miljön skadas helt i onödan. Inom MASE har vi därför valt att fokusera vårt arbete på att finna nya sätt att använda ofarliga mjölksyrabakterier, propionsyrabakterier och jästsvampar för minska mögelskador. Frågeställningar och aktiviteter under 2005 Verksamheten har sitt ursprung i verksamhet inom MASE:s föregångare MAaF. Under 2005 har forskare och industripartner bl a tagit fram vetenskapligt underlag för framtida registrering och myndighetsgodkännande. Detta har innefattat att: utveckla metodik för bedömning av antibiotika resistens hos mjölksyrabakterier finna genetiska markörer för att följa tillväxt av kommersiellt intressanta stammar utreda verkningsmekanismer bakom svamphämningen i tillämpade system Under 2005 har vi också tillsammans med DOMprogrammet arrangerat ett internationellt endagssymposium, Svamphämmande Mjölksyrabakterier Säkerhet, Formulering och Tillämpningar. Symposiet hade tolv föredrags hållare från åtta länder och samlade 65 deltagare. Färdigställandet av Jörgen Sjögrens och Katrin Ströms två doktorandprojekt om svamphämmande mjölksyrabakterier (påbörjade inom MAaF) har varit ett annat prioriterat område. Personal Vid SLU har Professor Johan Schnürer, Docent Karin Jacobsson, Docent Anders Broberg, de nyblivna doktorerna Katrin Ström och Jörgen Sjögren, doktorand Helena Lind, samt forskningsingenjör Cecilia Berglund bidragit till projekt Biokonservering. Vid Medipharm AB har FD Kerstin Holmgren och Dr Christer Olsson, utvecklingschef, respektive områdesansvarig för ensileringsprodukter, varit aktiva vid försöksplanering och utvärdering av svamphämmande mjölksyrabakterier för biokonservering av ensilage. VD Lennart Persson har haft det övergripande ansvaret för Medipharms samarbetet med MASE. Jästsvampar stoppar giftiga mögelsvampar Under 2005 har vi publicerat två vetenskapliga artiklar om olika jästsvampars förmåga att hindra mögelväxt i spannmål. I Sverige skördas ofta spannmål vid en vattenhalt mellan %, vilket innebär en stor risk för mögelväxt och bildning av mycket giftiga mykotoxiner. För att undvika mögelskador torkas vanligtvis nyskördad spannmål i varmluftstorkar en mycket energi- och kostnadskrävande process för lantbrukaren. Lufttät lagring, en metod för att lagra spannmål i behållare utan att torka den, är ett alternativ för foderspannmål som utgör cirka 70 % av allt

25 spannmål i Sverige. Spannmålskärnorna fortsätter även efter skörd att andas i spannmålssilon. Andningen (respirationen) konsumerar då syre och producerar koldioxid som förhindrar mögelväxt i spannmålen. I fuktig spannmål växer förutom mögelsvampar också många jästsvampar. En av dessa, jästen Pichia anomala, har fysiologiska likheter med mögelsvamparna och kan framgångsrikt konkurrera med dessa vid lufttät lagring av fuktig spannmål. Jästsvampar producerar inte mykotoxiner och kan inte tränga in i spannmålskärnorna, vilket gör att de inte påverkar fodrets näringsinnehåll utan tvärtom kan utgöra en extra protein- och vitaminkälla. Vi har tidigare visat att tillsats av P. anomala effektivt hindrar mögelväxt i fuktigt lufttätt lagrad spannmål, men verkningsmekanismen har varit okänd. P. anomala har nu visats klara helt syrefria miljöer, växa vid låga temperaturer och klara extrema ph-värden. Vi visar i en av de vetenskapliga artiklarna från 2005 att av 60 testade jästarter hade endast fem stycken lika bra mögelhämmande förmåga som P. anomala i minisilosystem med fuktigt vete. Många av de testade jästsvamparna växte dock mycket bra utan att hämma mögel. Detta visar att enbart konkurrens om näring och utrymme, en vanlig verkningsmekanism för biokontrollorganismer, inte är den viktigaste mögelhämmande mekanismen. Detta belystes ytterligare i den andra vetenskapliga artiklen där vi kunde visa att tillsats av olika sockerarter snarast förstärker den mögelhämmande förmågan hos P. anomala. Sockertillsatsen ökade produktionen av etylacetat, ett flyktigt ämne med kraftig mögelhämmande effekt. Forskning kring biokontrolljäst upphör nu inom MASE-programmet men P. anomala kommer att studeras inom andra projekt vid SLU. Första MASE-produkten Vi har under ett antal år bedrivit grundforskning om svamphämmande mjölksyrabakterier och hittat flera nya bakteriestammar med intressanta tillämpningar. Detta arbete finns sammanfattat i en översiktsartikel från Under året fick vi uppfinnare och licenstagaren, Medipharm AB, besked att patentet för tillämpning av Lactobacillus plantarum MiLAB 393 vid biologisk konservering nu är godkänt på Europa-nivå. Denna bakterie ingår nu som en av de verksamma bakterierna i ensilerings-medlet Feedtech Silage F3000, som utvecklats av Medipharm och som sedan 2005 marknadsförs av DeLaval. Doktoranden Katrin Ström var med och upptäckte bakterien L. plantarum MiLAB 393 under de första månaderna av sin doktorandtid. Drygt fyra år senare fick Katrin på sin disputationsdag ta mot en förpackningen med den första MASE-produkten. Katrin Ströms doktorsavhandling omfattade både grundläggande och mer tillämpade frågeställningar. Arbetet bedrevs i nära samarbete med kemisten Jörgen Sjögren som också disputerade under Jörgens arbete identifierade flera svamphämmande föreningar från mjölksyrabakterier. Kännedom om verksamma substanser kommer att vara till stor hjälp som underlag vid kommande ansökningar om myndighetsgodkännande av olika bakteriepreparat. Hur spåra tillväxt av mjölksyrabakterier i miljön? Framtida myndighetsgodkännande kommer också att kräva kunskap om hur tillsatta mikroorganismer tillväxer i miljön. Vi har därför gjort en studie av tillväxten av två olika mjölksyrabakterier (LAB) i ensilage. För att de använda stammarna skulle kunna skiljas från naturligt förekommande LAB märktes stammarna med antibiotikaresistens. En selekterbar markör valdes för att de tillsatta stammarna skulle kunna identifieras även då de finns i litet antal i en komplex blandning av andra LAB. Lactobacillus plantarum MiLAB14 transformerades med en plasmid som kodar för resistens mot kloramfenikol (M14(pLV100). För L. coryniformis Si3 isolerades en spontan mutant som är resistent både mot rifampicin och streptomycin (Si3Cb). Den genetiska bakgrunden är okänd, men en fördel är att stammen inte betraktas som genetisk modifierad. För båda stammarna verifierades att de förändrade egenskaperna inte påverkade deras tillväxthastighet. Efter att gräs ympats med respektive inmärkt bakterie följdes tillväxten i minisilos av den tillsatta stammen respektive den totala floran av LAB under 90 dagar. Som kontroll användes gräs utan tillsatta bakterier. Bild 9. Ympning av grönmassa (gräs) med markörförsedda mjölksyrabakterier för inläggning i laboratoriesilos (se bordet i bakgrunden)

26 Figuren (11) visar att båda de tillsatta stammarna initialt tillväxte mycket snabbt. Detta är önskvärt om de skall ha möjlighet att påverka tillväxten av andra mikroorganismer i ensilaget. De växte också till en högre densitet än naturligt förekommande mjölksyrabakterier. Resultaten visade också att båda de inmärkta stammarna redan inom 24 timmar, och sedan under hela studien, dominerade LAB-floran i respektive siloserie. Vid dag 90 var dock det totala antalet LAB högst i de obehandlade kontrollsilona. Dessa arbeten som letts av docent Karin Jacobsson kommer att utvidgas till att omfatta också andra intressanta stammar. CFU/g 1,00E+10 1,00E+09 1,00E+08 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05 Control M14(pLV100) Si3Cb 1,00E Days Figur 11. Tillväxt av inmärkt L. plantarum MiLAB14, respektive L. coryniformis Si3Cb och totalantal mjölksyrabakterier i obehandlat gräs under 90 dagar. Medelvärden av tre silos från respektive behandling. Detektion av metaboliter med svamphämmande aktivitet i ensilage Vi har tidigare identifierat ett antal metaboliter med svamphämmande aktivitet producerade av LAB odlade i konstgjorda odlingsmedier, bl a fenylmjölksyra, fettsyror och olika cykliska dipeptider. För att ha någon hämmande effekt på tillväxten av svamp i ensilage måste samma substanser också produceras när bakterierna fermenterar gräs. För att undersöka om detta är fallet ympades gräs med L. plantarum MiLAB14, från vilken bl a ett antal svamphämmande fettsyror tidigare identifierats. Efter 20 dagar studeras den fettlösliga fraktionen av ämnen extraherat från ensilaget med GC-MS (gaskromatografi kombinerat med mass-spektroskopi). Resultatet visade att mängden fenylmjölksyra var betydligt högre i prover från behandlat gräs än från obehandlat gräs. Denna ökning var även synlig vid dag 5. Vid dag 20 kunde små mängder av de tidigare kända fettsyrorna detekteras i det behandlade, men inte i det obehandlade gräset. Ett flertal andra metaboliter som bara finns i, eller som finns i större mängd i behandlat gräs, har också kunnat identifieras och deras eventuella effekt på svamptillväxt kommer att undersökas av docenterna Anders Broberg och Karin Jacobsson. I framtiden kommer kunskap om verkningsmekanismer hos biologiska preparat att bli allt viktigare, både för myndighetsgodkännande och för korrekt tekniskt handhavande, samt för att marknaden kommer att vilja kunna välja mellan biologiska produkter med olika egenskaper Antibiotikaresistens Bakterier har naturligt försvarsmekanismer mot olika typer av främmande ämnen. Om de har försvarsmekanismer mot ämnen som vi använder som antibiotika, och om denna resistens kan överföras till sjukdomsskapande bakterier kan medicinska problem uppstå. Det är därför viktigt att undersöka om bakterier som skall användas i olika miljötekniska eller andra biotekniska tillämpningar bär på sådan resistens. Det finns ett mycket stort antal antibiotiska ämnen som bör undersökas och resultaten är väldigt känsliga för val av odlingssubstrat, inkubationsbetingelser mm i testsystemet. Docent Karin Jacobsson leder dessa projekt som också kan förväntas komma till användning i andra delar av MASE. Avstamp mot framtiden Inom projekt biologisk konservering arbetar också doktorand Helena Lind med svamphämmande propionsyrabakterier, vilket år 2005 resulterat i en vetenskaplig publikation. Under 2005 har Helena till stor del varit föräldraledig men arbetet kommer att återupptas under De samlade slutsatserna från MASEs första två år är att vi nu har flera mycket intressant kandidater till nya produkter inom ensileringsområdet. I samarbete med andra delar av MASE-programmet har vi också sett helt nya tillämpningsområden för mjölksyrabakterier inom grönt växtskydd. Mycket arbete återstår dock med uppskalningsförsök och att i nära samarbete med DOM-programmet finna de optimala fermentations- och formuleringsbetingelserna för våra bakterieisolat. MASE och DOM går nu också in ett mycket intensivt samarbete kring frågor om säkerhet och myndighetsgodkännande av nya mikroorganismer och produkter

27 Budgetöversikt 2005 Programgemensamma kostnader kkr Mikrobiellt understöd kkr Petal 1. Spannmål 883 kkr Petal 2. Potatis 360 kkr Petal 3. Golf 837 kkr Petal 4. Grönsaker 623 kkr Petal 5. Sockerbeta 551 kkr Petal 6. Biokonservering kkr SUMMA kkr

28 Publikationer och mötesaktiviteter under 2005 MASE figurerade två gånger i dagspressen under 2005: Den 21 juli skrevs artikeln Rosa bakterier ger grönare växter i Dagens Nyheter. Den 10 augusti publicerades artikeln Bakterier kan gödsla framtidens fält i Upsala Nya Tidning. Vetenskapliga originalartiklar Ström K, Schnürer J, and Melin P. Co-cultivation of antifungal Lactobacillus plantarum MiLAB 393 and Aspergillus nidulans, evaluation of effects on fungal growth and protein expression. FEMS Microbiology Letters, 246, , Druvefors UA, Passoth V, and Schnürer J. Nutrient effects on biocontrol of Penicillium roqueforti by Pichia anomala J121 during airtight storage of wheat. Applied and Environmental Microbiology, 1, , Schnürer J and Magnusson J. Antifungal lactic acid bacteria as biopreservatives. Trends in Food Science & Technology, 16, 70-78, Druvefors U A and Schnürer J. Mold-inhibitory activity of different yeast species during airtight storage of wheat grain. FEMS Yeast Research, 5 (4-5), , Lind H, Jonsson H, and Schnürer J. Antifungal effect of dairy propionibacteria - contribution of organic acids. International Journal of Food Microbiology, 98 (2), , De Boer, H. J., Kool, A., Broberg, A., Mziray, W. R., Hedberg, I and J. J. Levenfors, Anti-fungal and anti-bacterial activity of some herbal remedies from Tanzania. Journal of Ethnopharmacology 96, , Pohanka, A., Broberg, A., Johansson, M., Kenne, L. and Levenforss, J J, Pseudotrienic acids A and B, two bioactive metabolites from Pseudomonas sp. MF381-IODS. Journal of Natural Products, 68, , Constantinescu, O., Voglmayr, H., Fatehi, J. and Thines, M. Plasmoverna gen. nov., and the taxonomy and nomenclature of Plasmopara (Chromista, Peronosporales). Taxon 54 (3): , (2005). Doktorsavhandlingar Sjögren, J. Bioassay-Guded isolation and Characterisation of Antifungal Metabolites Studies of Lactic acid bacteria and Propionic Acid Bacteria. Doctoral Thesis No. 2005:17. Faculty of Natural Resources and Agricultural Sciences, Swedish University of Agricultural Sciences. Ström, K. Fungal Inhibitory Lactic Acid Bacteria Characterisation and Application of Lactobacillus plantarum MiLAB 393. Doctoral Thesis No. 2005:37, Faculty of Natural Resources and Agricultural Sciences, Swedish University of Agricultural Sciences. Presentationer vid internationella möten 1 st International Conference on Plant-Microbe Interactions: Endophytes and Biocontrol Agents Saariselkä, Finland 2005, April (Inbjuden föredragshållare): Johan Schnürer. The yeast Pichia anomala as a biopreservative to prevent mould growth in stored cereal grains Johan Schnürer. Antifungal lactic acid bacteria as biopreservatives in the postharvest environment International Minisymposium on Antifungal lactic acid and propionic acid bacteria: Swedish University of Agricultural Sciences, Uppsala, Maj 12, 2005 Johan Schnürer. Fungal target organisms Ohlsson, C. et al. Silage applications of antifungal lactic acid bacteria Broberg, A. et al. Chemical characterisation of antifungal metabolites of lactic acid bacteria Swedish Chinese Workshop on Food- and feedborne microfungi, Wuhan, China, Oktober 14-17, Johan Schnürer, Antifungal lactic acid bacteria and yeasts as postharvest biocontrol agents The 8th International Symposium on Lactic Acid Bacteria Egmond aan Zee, the Netherlands. August 28 September 1, Schnürer, J et al. Antifungal activities of lactic acid and propionic acid bacteria. (Posterpresentation) International workshop on Implementation of biocontrol in practice in temperate regions present and near future. Flakkebjerg, Denmark. November 1-3,

29 Hökeberg M. Development and registration of biocontrol products - experiences and perspectives gained from the bacterial seed treatment products Cedomon and Cerall. (Inbjuden föredragshållare). Wikström, M., Hökeberg, M., Fatehi, J. Gerhardson, B. and Welch, C.J. Microbial activity for a sound environment. Results from bacterial inoculations in potato and vegetables. (Posterpresentation). The Third International Conference on IPM Role in Integrated Crop Management and Impacts on Environmental & Agricultural Products. Giza, Egypt, November 26 29, Amein, T, and Saad-Omer, Z. Application of Pseudomonas spp. to winter wheat as biological control agents against Microdochium nivale. Extern information inklusive fortbildning EU/NOVA funded PhD course Soil-Plant- Microbe Interactions: Fundamentals and Applications. Uppsala 4 July Hökeberg M. DOM and MASE: research programmes for the domestication and commercialisation of microorganisms. (Föreläsning) International SIDA course Pesticide Management & Pesticide Risk Reduction, Stockholm 13 May Hökeberg M. Beneficial micro-organisms in agriculture. (Lecture). Hökeberg M. The EU regulatory process for authorisation of microbial plant protection products. Lecture for SLU students 9 May 2005 Deltagande vid vetenskapliga möten 1 st International Conference on Plant-Microbe Interactions: Endophytes and Biocontrol Agents. Saariselkä, Lapland, Finland, April 18 22, 2005 Welch C.J. and Hökeberg M. Examensarbeten (20p) Sandra Jansson. Lactic acid bacteria in silage - growth, antibacterial activity and antibiotic resistance

30 Organisation Programmet är organiserat enligt nedanstående schematiska figur. Mikrobiellt understöd representeras av det gröna fältet som fördelas över petalerna 1 4. Programstyrelse Referensgrupp Programchef Nätverk Administrativt stöd Ledningsgrupp Biokonserveringspetal Sockerbetspetal Grönsakspetal Golfpetal Potatispetal Programstyrelsen Programstyrelsen, som är utsedd av programvärden, Maselaboratorierna AB, i samråd med Mistra, har de övergripande ansvaret för MASE-programmet. Under 2005 bestod programstyrelsen av: Gunnar Bengtsson, Kennteh Alness, Forsknings och Utvecklingschef, Svenska Lantmännens Riksförbund. Paula Zeilon, Biobusiness Development and Management, Conlega. Bo Öberg, professor, Medivir AB

31 - 31 -

32 MASE Microbial Activity for a Sound Environment I samarbete med