Hvorfor studere planter?

Presentasjon om: "Hvorfor studere planter?"— Utskrift av presentasjonen:

1 Hvorfor studere planter?

2 Planter, i likhet med dyr, er multicellulære eukaryoter
Bakterier Arker Dyr Planter Sopp Felles forfedre Plants, animals and fungi share many cellular functions. Studying plants informs us about animals, and vice versa, because of their shared eukaryotic ancestry. Images – bacteria - Pseudomonas aeruginosa Archaea - Halobacterium sp. Fungi - Coprinus comatus Animal - Sciurus carolinensis Plant - Lathyrus odoratus Photo credits: Public Health Image Library; NASA; © Dave Powell, USDA Forest Service; tom donald

3 Planter er mangfoldige
Grønne alger Levermoser Moser Avanserte planter Club Moser Bregner Frøplanter Blomstrende planter Kongle-bærende planter Gress Tofrø-bladede planter Land-planter Planter har utviklet muligheten til å trives i ulike landhabitater Images courtesy tom donald

4 Planter gjør oss glade Personer som kan se planter på jobben rapporterer betydelig om større arbeidsglede enn de som ikke kan. Dravigne, A., Waliczek, T.M., Lineberger, R.D., Zajicek, J.M. (2008) The effect of live plants and window views of green spaces on employee perceptions of job satisfaction. HortScience 43: 183–187. Photo credit: tom donald

5 Planter er fantastiske levende organismer
Largest organism (> 100m) Største blomst (~ 1 m) The largest tree, General Sherman, is much larger than the largest animal, the blue whale. For more botanical record breakers see Rafflesia arnoldii Photo by ma_suska Pinus longaeva – bristle cone pine Sequoiadendron giganteum - giant sequoia Lengste levende (~ 5000 år) Photo credits: ma_suska; Bradluke22; Stan Shebs

6 Vi kan ikke leve uten planter
Planter produserer det meste av oksygenet vi puster. Planter produserer det meste av lagret kjemisk energi vi bruker som mat og drivstoff. Planter produserer et fantastisk utvalg av nyttige kjemikalier.

7 Vi kan ikke leve uten oksygen!
Ingen oksygen Joseph Priestley fant ut at et dyrs pusting "skadet" luften. Et dyr som ble oppbevart i en lukket beholder ville til slutt besvime. X In a celebrated experiment from 1772, Joseph Priestley kept a mouse in a jar of air until it collapse because of a lack of oxygen. He found that a mouse kept with a plant would survive.

8 Vi kan ikke leve uten oksygen!
produsert Priestley fant også ut at planter har evnen til å "restaurere" luften. Nå vet vi at de produserer oksygen som et biprodukt av fotosyntesen. In a celebrated experiment from 1772, Joseph Priestley kept a mouse in a jar of air until it collapse because of a lack of oxygen. He found that a mouse kept with a plant would survive.

9 Planter omdanner karbondioksid til energirike molekyler vi dyr kan bruke som mat
CO2 Planter omdanner CO2-gass til sukker gjennom prosessen kalt fotosyntese.

10 Planter kan produsere et fantastisk utvalg av kjemikalier
vitamin A vitamin C vanillin koffein morfin CO2

11 Hvorfor studere planter?
For å spare truede planter og truede miljøer For å lære mer om den naturlige verden For å bedre kunne utnytte planters evne til å gi oss mat, medisiner og energi Photo credit: tom donald

12 Studie av planter informerer oss om vår verden
Celler ble først observert i planter. biology.clc.uc.edu/Fankhauser/Labs/Cell_Biology/Cells_Lab/CELLS.htm Fotografi av korkceller Tegning av kork av Robert Hooke, oppdageren av ”celler" Photo credit: ©David B. Fankhauser, Ph.D

13 Virus ble først renset ut fra planter
Virus infiserer mennesker, så vel som planter, og forårsaker mange sykdommer inkludert AIDS, hepatitt, SARS, svineinfluensa, cervical kreft, vannkopper og polio. (Copyright) 1994 Rothamsted Research. Tobakk mosaikk Virus Image Copyright 1994 Rothamsted Research.

14 Mendels studier av erter avslørte lovene om arv

15 Mendels studier av erter avslørte lovene om arv
.. som hjelper oss å forstå menneskelige sykdommer som sigd-cell anemi...

16 Mendels studier av erter avslørte lovene om arv
.. .og blødersykdom, så vel som utallige andre menneskelige sykdommer som har en genetisk komponent Stamtavle av familie som er bærere av bløder-allelet

17 Mendels studier av erter avslørte lovene om arv
Darwins arbeid la grunnlaget for vitenskapen om planteforedling og planteformering. Den berømte planteforedleren Norman Borlaug , Æresdoktor ved NLH (UMB) og Nobels Fredspris 1970

18 Hvorfor studere planter?

19 Verdens befolkning vokser og vokser...
Verdens befolkning er forventet å tredobles mellom 1950 (2,5 milliarder) og 2020 (7,5 milliarder)

20 Verdens befolkning vokser og vokser...
En viktig målsetting med plantevitenskap er å øke matproduksjonen; gjeldende beregninger tyder på at vi trenger å øke produksjonen med 70% i løpet av de neste 40 årene.

21 Feilernæring og sult dreper barn
I 2004 døde 60 millioner mennesker over hele verden. (Source:  World Health Organization, 2008)

22 Feilernæring og sult dreper barn i større grad enn voksne
10 millioner av dem var barn under 5 år gammel, hvor 99% av de bodde i land med lave inntekter. (Source: The State of the World's Children, UNICEF, 2007)

23 Feilernæring og sult dreper barn
5 millioner barn under 5 år dør hvert år på grunn av underernæring og tilknyttede årsaker. Det er ett barn av førskolealder som dør hver sjette sekund, og som kunne vært unngått.

24 Feilernæring og sult dreper barn
Mangel på tilstrekkelig A vitamin dreper millioner av barn i året (Source: Vitamin and Mineral Deficiency, A Global Progress Report, UNICEF)

25 Hvordan ville verden reagere på en sykdom som påvirket befolkningen i USA, Canada og den europeiske unionen?

26 Globalt, er mer enn én milliard mennesker per år kronisk sulten
Det er mer enn den totale befolkningen i USA, Canada og EU. (Source: FAO news release, 19 June 2009)

27 Mer enn to milliarder mennesker per år er kronisk blodfattig grunnet jernmangel
Det er omtrent den totale befolkningen i USA, Canada, EU og Kina. (Source:  World Health Organization, WHO Global Database on Anaemia)

28 Hva kan forskere gjøre MED dette?

29 Planteforskere kan bidra til bekjempelsen av sult
Ved å utvikle planter som er tørke- eller stresstolerante Krever mindre gjødsel eller vann er motstandsdyktig mot patogener er mer næringsrik

30 Plantevekst er ofte begrenset av stress forårsaket av tørke
Image source: IWMI

31 Stress forårsaket av tørke er beregnet ved å øke den globale temperaturen
I varme regioner, kan avlingsutbyttet minke med ~ 3 – 5% for hver 1°C økning i temperaturen. En modell for gjennomsnittsøkningen i temperaturen i jordbruksland ved år 2050. Gornall, J., Betts, R., Burke, E., Clark, R., Camp, J., Willett, K., and Wiltshire, A. Implications of climate change for agricultural productivity in the early twenty-first century. Phil. Trans. Royal Soc. B: 365: m

32 Selv mild tørkestress reduserer utbyttet
Mild tørkestress reduserer hastigheten av fotosyntese og vekst, mens ekstrem tørkestress er dødelig.

33 Vi trenger planter som trives godt selv under stressende forhold
Varme og tørke reduserer planteutbytte

34 Vi trenger plantene som trives godt selv under stressende forhold
Varme og tørke reduserer planteutbyttet Større landområder må brukes for å skaffe større avlinger

35 Vi trenger plantene som trives godt selv under stressende forhold
Varme og tørke reduserer planteutbytte Fjerning av trær for å rydde vei for avlinger gir mer CO2 i atmosfæren Flere land må fjernes for å vokse mer avlinger

36 Endring av ett enkelt gen kan øke planters toleranse mot tørke
Etter vanning Godt vannede 10 dagers tørke 20 dagers tørke Tørke- motstandsdyktig Vild-type Yu, H., Chen, X., Hong, Y.-Y., Wang, Y., Xu, P., Ke, S.-D., Liu, H.-Y., Zhu, J.-K., Oliver, D.J., Xiang, C.-B. (2008) Activated expression of an Arabidopsis HD-START protein confers drought tolerance with improved root system and reduced stomatal density. Plant Cell 20:

37 Et større rotsystem bidrar til tørketoleranse
Seedlings Mature plants Wild-type Tørke tolerant Avl av planter for større rotsystemer kan hjelpe dem å vokse i tørkeutsatte regioner. Yu, H., Chen, X., Hong, Y.-Y., Wang, Y., Xu, P., Ke, S.-D., Liu, H.-Y., Zhu, J.-K., Oliver, D.J., Xiang, C.-B. (2008) Activated expression of an Arabidopsis HD-START protein confers drought tolerance with improved root system and reduced stomatal density. Plant Cell 20:

38 Gjødsel er en energi-krevende og begrensende ressurs
Avlinger trenger gjødsel – kalium, fosfat, nitrogen og andre næringsstoffer Kalium og fosfat er ikke-fornybare ressurser som hentes I miner Syntese av nitrogengjødsel krever store mengder energi Photo credits: Mining Top News; Library of Congress, Prints & Photographs Division, FSA-OWI Collection, LC-USW

39 Bruk av landbruksgjødsel er en betydelig kilde til miljøforurensning
Gjødselavrenning fører til døde soner, algeoppblomstring og forfall, reduserer oksygennivå i vannet og gjør dyreliv umulig Photo courtesy of NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio

40 Opptak av næring hos planter kan forbedres
Mer effektivt transportsystem i roten kan redusere gjødselbehovet. Yuan, L., Loque, D., Kojima, S., Rauch, S., Ishiyama, K., Inoue, E., Takahashi, H., and von Wiren, N. (2007). The organization of high-affinity ammonium uptake in Arabidopsis roots depends on the spatial arrangement and biochemical properties of AMT1-type transporters. Plant Cell 19:

41 Flerårige planter har bedre vann- og næringsopptak enn de fleste jordbruksplanter
Forskere krysser flerårige planter med jordbruksplanter for å redusere jordbrukets avhengighet av gjødsel og vann The enormous root system of a perennial wheat relative Thinopyrum intermedium, is held by its developer Wes Jackson. Wes Jackson av Land Instituttet holder en slektning av flerårshvete Thinopyrum intermedium Photo credit: Jodi Torpey, westerngardeners.com

42 Akkurat nå, truer to alvorlige sykdommer verdens matforsyning
Phytophthora infestans, som forårsaker potettørråte, har igjen dukket opp som en trussel. Puccinia graminis tritici, hvetestamme rustsopp, har utviklet seg til en svært aggressiv form. Photo credits:

43 Tørrråte ødelegger potetavlingen
Potettørråte er en soppsykdom forårsaket av Phytophthora infestans. Utbrudd i1840-årene ødela avlinger og bidro til millioner av dødsfall i Europa. Infisert Behandlet Photo credits: USDA; Scott Bauer

44 Identifikasjon av resistente gener
Ikke inokulert Inokuleres med sopp Motstandsdyktig Utsatt Genetikere har identifisert genet som gir resistens mot tørråte og introduserer den i spiselige sorter. Planten til venstre bærer genet for resistens og er fri for symptomer på sykdom. Song, J., Bradeen, J.M., Naess, S.K., Raasch, J.A., Wielgus, S.M., Haberlach, G.T., Liu, J., Kuang, H., Austin-Phillips, S., Buell, C.R., Helgeson, J.P., Jiang, J. (2003) Gene RB cloned from Solanum bulbocastanum confers broad spectrum resistance to potato late blight. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:9128–9133.

45 Hvetestilkrust er en trussel
En ny, svært patogen variant dukket opp i Uganda i 1999 – den er kalles Ug99. De fleste hvetesorter har ingen motstand mot denne varianten. Infisert hveteavling Photo credit: ARS USDA

46 Ug99 truer hvete overalt Dette er et globalt problem som må få global oppmerksomhet. Ug99-sporer slutter ikke ved nasjonale grenser... – United Nations Food and Agriculture Organization (FAO) Photo credit: ARS USDA

47 Soppen er vindbåren Ug99 er funnet i Uganda, Kenya, Etiopia, Sudan, Jemen og Iran, og truer regioner i den nære østen, Øst-Afrika og Sentral- og sørlige Asia. Vindstrømmer som bærer sporene vises i rødt Photo credit:

48 Soppen er vindbåren Sannsynlig Ug99 bane Hvete er ofte hovedandelen av avlingene i mange av disse truede områdene, spesielt for de fattigste innbyggerne. Photo credit:

49 Internasjonale team av forskere samarbeider med å overvåke spredningen av Ug99 og å utvikle resistente hvetesorter. På det nåværende tidspunkt vet ingen om resistente stammer vil bli utviklet tidsnok for å unngå en stor hungersnød... Photo credits: Bluemoose; FAO

50 Plantebiologer studerer måter å holde plantene friske på etter høsting
Etter høsting bløtgjøres frukt, så modnes de og til slutt råtner de. Disse prosessene gjør frukten mindre tiltalende og påvirker ernæringsmessige kvaliteter. Photo credits: Cornell University ; ARC

51 Plantebiologer studerer måter å holde plantene friske på etter høsting
Lagringstap kan ødelegge 50% eller mer av en kornavling. Grønnfarging er solanin, en gift som kan oppstå i feillagrede poteter (lys). Solanin er skadelig, og kan være giftig i store mengder. Aspergillus mugg vokser på korn. Photo credits: Dr. C.M. Christensen, Univ. of Minnesota.; WSU; Pavalista, A.D. 2001

52 Forbedret næringsinnhold i planter kan minske underernæring
Sult Eksistensminimumsdietter er vanligvis næringsfattig. Våre organer trenger vitaminer og mineraler, samt kalorier. Underernæring er primært en fattigdomssykdom. Jernmangel (små barn) Vitamin A-mangel For permissions Image sources: Petaholmes based on WHO data; WHO

53 Praksisen med vitaminisering av (for eksempel folat og vitamin A) og mineralisering (for eksempel jern, sink og jod) av matvarer har dramatisk redusert underernæring i store deler av verden. Photo credit: © UNICEF/NYHQ /Giacomo Pirozzi

54 Kassava er en hovedkilde til mat i store deler av Afrika, men lite næringsrik
Standard hvit variant Forskere har nylig identifisert en variant som gir mye mer vitamin A enn standard varianten. Den nylig utviklede gule varianten Welsch, R., Arango, J., Bar, C., Salazar, B., Al-Babili, S., Beltran, J., Chavarriaga, P., Ceballos, H., Tohme, J., and Beyer, P. Provitamin A accumulation in cassava (Manihot esculenta) roots driven by a single nucleotide polymorphism in a phytoene synthase gene. Plant Cell: tpc

55 Genetisk forbedrete matvarer – gjennom genmodifisering
Jern-beriket ris Vill-type (øverst) og antioksidantberiket tomat Vitamin A–beriket ris Photo credits: Golden Rice Humanitarian Board © 2007; Credit: ETH Zurich / Christof Sautter; Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd: Butelli, E., et al., Nature Biotechnology 26, copyright (2008).

56 Planter gir oss mer enn mat
er kilder til nye terapeutiske medisiner gir bedre fiber til papir eller tøy er kilder til biofornybare produkter gir fornybare energikilder Photo credit: tom donald

57 Planter produsere hundrevis av forbindelser som vi bruker som legemidler eller narkotika
Selje (Salix) har bark som er en kilde for aspirin (acetylsalisylsyre) Revebjelle (Digitalis purpurea) er en kilde for digitalis (behandling for hjerte- og karproblems) Barlind (Taxus brevifolia) er en kilde for taxol (kreftbehandling) Kaffe (Coffea arabica) og te (Camellia sinensis) som kilder for koffein (stimulant)

58 Malaria dreper millioner av mennesker
Citation: Hay SI, Guerra CA, Gething PW, Patil AP, Tatem AJ, et al. (2009) A world malaria map: Plasmodium falciparum endemicity in PLoS Med 6(3): e doi: / journal.pmed Regioner i verden med høyeste risiko for malaria. Hay, S.I., et al., (2009) PLoS Med 6(3): e doi: / journal.pmed

59 Protozoen Plasmodium forårsaker malaria
Plasmodium i en musecelle Image by Ute Frevert; false color by Margaret Shear. Frevert U, Engelmann S, Zougbédé S, Stange J, Ng B, et al. (2005) Intravital Observation of Plasmodium berghei Sporozoite Infection of the Liver. PLoS Biol 3(6): e192. Image by Ute Frevert; false color by Margaret Shear.

60 Plasmodium overføres til mennesker av infiserte mygg
Photo credit: CDC

61 Cinchona-bark inneholder kinin, som dreper Plasmodium
Plasmodia are developing resistances to quinine, so other sources of antimalerial compounds must be found (Cinchona calisaya Wedd., quinine) from Köhler's Medizinal-Pflanzen in naturgetreuen Abbildungen mit kurz erläuterndem Texte : Atlas zur Pharmacopoea germanica Franz Eugen Köhler Plate from "Quinologie", Paris, 1854, showing bark of Quinquina calisaya ( Men Plasmodium utvikler resistens til kinin, slik at andre kilder av anti-malarielle forbindelser må bli funnet. Image credits: Köhler; CDC

62 “Gin and Tonic?” Britiske soldater i tropiske regioner ble gitt Kinin piller for å forhindre malaria. Hvis du ville skjule den bitre smaken, ble Kinin blandet med søtt, karbonert vann ("tonic"), og ofte også med gin – opprinnelsen til "gin and tonic." (Crown copyright; Photograph courtesy of the Imperial War Museum, London - Q 32160)

63 Artemisia annua er en plante med nye antimalarielle aktiviteter
Artemisinin Artemisia har blitt brukt i kinesisk urtemedisin i tusenvis av år. I 1972 ble virkestoffet artemisinin renset. Photo credit:

64 Planteforskere utvikler høyere-produserende Artemisia
Photo credit:

65 Planter kan lage sikre og rimelige spiselige vaksiner og antistoffer
ELLER ?

66 Plantecellevegger gir viktige slitesterke materialer
Treverk består hovedsakelig av plantecellevegger. Photo credit: tom donald

67 Cellevegger Primære plantecellevegger består hovedsakelig av karbohydrater og proteiner. Noen celler produserer en rigid sekundær vegg som inkorporerer lignin, en uløselig krysslinket sammensetning. Photo credit: Zhong, R., et al., (2008) Plant Cell 20:

68 Tre og fiber er overalt Klær laget av plantefiber (bomull, Lin)
Plantefiber brukes for å lage papir, og før det, papyrus. Malerilerrett er laget av lin- eller hampfiber. Tre brukes til bygninger og møbler. Rembrandt van Rijn (1631)

69 Planter gir fiber til papir og stoff
Bomull blir foredlet for økt motstand mot sykdommer og skadedyr og bedre fiberproduksjon. Photo credits: Chen Lab; IFPC

70 Genom-sekvensen til poppel, en kilde til fiber for papir, ble nylig fullført
Denne informasjonen brukes til å forbedre effektiviteten i produksjonen av papir. Photo credit: ChmlTech.com

71 Planter kan erstatte petroleum for mange produkter og formål
Dessverre, tar det millioner på millioner av år å konvertere død organisk materiale til petroleum... og vi begynner å gå tom for det. Petroleum er IKKE en fornybar ressurs NOTE – petroleum is mainly derived from plant products, not dinosaurs..... creativecartoons.org.

72 Planter kan erstatte petroleum for mange produkter og formål
Petroleum er IKKE en fornybar ressurs Dessverre, tar det og millioner på millioner av år å konvertere døde organisk materiale til petroleum.... Og vi begynner å gå tom for det. Når jeg blir voksen ønsker jeg å være et fossilt brensel Please note – most oil reserves are derived from plants, not dinosaurs! creativecartoons.org.

73 Planter kan være en kilde til biodrivstoff
Sukker, stivelse og cellulose kan fermenteres til ethanol Energi fra sollys Image source: Genome Management Information System, Oak Ridge National Laboratory

74 Planter kan være en kilde til biodiesel
Biodiesel produsert fra raps, alger og soyabønner kan erstatte petroleumbasert diesel. Image sources: Tilo Hauke, University of Minnesota, Iowa State University Extension.

75 Avlinger for bioenergi bør ikke påvirke matproduksjon eller priser
Miscanthus giganteus er en raskt voksende, flerårig avling for bioenergi som vokser på land uegnet for matproduksjon. Photo Illustration courtesy S. Long Lab, University of Illinois, 2006

76 Etanol isolert fra cellevegg cellulose er en viktig energikilde
Cellevegger fra korn, stengler og andre rester av landbruks-produkter Etanol Image source: Genome Management Information System, Oak Ridge National Laboratory

77 Planter kan være kilder til biofornybare og biologisk nedbrytbare ressurser
Energi fra sollys Produsere plast fra fornybar plantemateriale Photo Illustration courtesy S. Long Lab, University of Illinois, 2006

78 Planter kan være kilder til biofornybare og biologisk nedbrytbare ressurser
Energi fra sollys Forskere undersøker kostnadsbesparende måter du kan konvertere planter til plastikk på. Forråtnelse Photo Illustration courtesy S. Long Lab, University of Illinois, 2006

79 Hvorfor studere planter?
Studie av planter øker vår kunnskap om livet generelt og hjelper oss å videreutvikle dem for å holde oss mette, sunne, beskyttet, påkledd og lykkelige.

80 “Hvorfor studere planter?”
“Why Study Plants?” Created by the American Society for Plant Biology and published in the series “Teaching Tools in Plant Biology” on the website of The Plant Cell ( “Hvorfor studere planter?” Translated by members of the Centre for Organelle Research at the University of Stavanger for the Scandinavian Society for Plant Science (SPPS) and Trine Hvoslef-Eide Norwegian University of Life Sciences— UMB Universitetet for miljø- og biovitenskap Many thanks to our translators: Camilla Hoel, Kristin Aaser Lunde, Øyvind Grødem, Cathrine Lillo and Jodi Maple Grødem