+ All Categories
Home > Documents > משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח...

משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח...

Date post: 11-Jan-2016
Category:
Upload: kendis
View: 74 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
Description:
מנהלת מל"ם המרכז הישראלי לחינוך מדעי טכנולוגי ע"ש עמוס דה שליט. משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים. המרכז הארצי למורי הביולוגיה. האוניברסיטה העברית בירושלים המרכז להוראת המדעים. Climate Change. - PowerPoint PPT Presentation
Popular Tags:
31
תת תתתתתת תתתתתתתתת תתתתתתתת ת תתתתתת תתתתתת תתתתתת תתתתתתת תתתתתתתתתתת תתתתתת תתתתתתתת תתתתת תתתתתת תתתתתת תתתתת תתתתת תתתתת תתתתתתתתת תתתתת תת"ת תתתתת תתתתתתת תתתתתת תתתת תתתתתתתת ת"ת תתתת תת תתתת
Transcript
Page 1: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

משרד החינוך והמזכירות הפדגוגיתהאגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

האוניברסיטה העברית בירושליםהמרכז להוראת המדעים

המרכז הארצילמורי הביולוגיה

מנהלת מל"םהמרכז הישראלי לחינוך מדעיטכנולוגי ע"ש עמוס דה שליט

Page 2: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Climate ChangeSince the industrial revolution, atmospheric levels of greenhouse gases have been rising, mainly due to burning of fossil fuels. With them, mean global temperatures have been rising.

Page 3: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Application of biochar to soil results in long term sequestration of fixed carbon

Page 4: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Soil fertility

No biochar8t/ha biochar

20t/ha biochar

Biochar applied once in 2003Colombian Llanos(N=3)

2006

•Biochar use agricultural plants

Major, J., M. Rondon, D. Molina, S.J. Riha and J. Lehmann, 2010. Maize yield and nutrition during 4 years after biochar application to a Colombian savanna oxisol. Plant and Soil 333, 117-128.

Page 5: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Increases soil fertilitynutrient retention water holding capacitycation exchange capacity

Increases beneficial soil microorganisms

Reduces nutrient runoff, absorbs ammonia and ammonium

Absorbs pesticides and soil toxins

Reduces agricultural N2O and CH4 emissions

Value of soil application of BiocharValue of soil application of Biochar

6

Page 6: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

0115

17

19

Pepp

er c

anop

ydr

y w

eigh

t (g)

Biochar Content (%)0 3 5

ab

c

65 70 75 80 85

120

160

200

240

Time after planting (days)

Nor

mal

ized

pep

per

leaf

are

a (%

)

b

ba

aBiochar (%) 0 1 3

Plant growth promotion under optimal fertigation

BIOCHAR (%)

Fruit weight (g/plant)

Fruit weight (g/fruit)

0 440 ± 21 b 83 ± 7 b3 565 ± 36 b 97 ± 5 a5 732 ± 58 a 104 ± 4 a

Peppergrowth

Graber et al. 2010, Plant and Soil

Page 7: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

35 45 55 65

200

400

600

Nor

mal

ized

tom

ato

plan

t hei

ght (

%)

Time after planting (days)

b

b

b b

a

a

a a

Biochar (%) 0 1 3

45 55 65100

200

300

Nor

mal

ized

tom

ato

leafl

et a

rea

(%)

Time after planting (days)

bb

b

aa a

ab

abab

Biochar (%) 0 1 3

Tomato growth

Graber et al. 2010, Plant and Soil

Page 8: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

0

25

50

75

100

0 4 8 12

Ger

min

ation

(%)

Time after planting (days)

01

0

20

40

60

0 10 20 30H

eigh

t (cm

)Time after planting (days)

01 % GHW

נביטת חיטה

Page 9: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Increases soil fertility: nutrient retention, water holding capacity, cation exchange capacityIncreases beneficial soil microorganismsReduces nutrient runoffAbsorbs pesticides and soil toxinsReduces agricultural N2O and CH4 emissions

BiocharBiochar

Biochar has a beneficial effect on plants also on the background of full fertilizationBiochar has a beneficial effect on plants also on the background of full fertilization

What othereffects?What othereffects?

Page 10: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

0

10

20

0 2 4 6

a

a

a

b b b03 0

3

Biochar )%(

AUDPC±SE*%(days)

42.3±8.3

10.5±3.8

ab

Dis

ease

sev

erity

(% le

af c

over

age)

Time after infection (days)

Effect of soil biochar applicationon leaf gray mold disease

Biochar

(%)

a

b

a

b

0

10

20

0 2 4 6 8

03

Biochar

(%)

Elad et al, Phytopathology 2010

Result: Suppression of gray mold on tomato and sweet pepper leaves

Citrus wood biochar

Page 11: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

0

25

50

75

100

15 30 45 60

801±74112±24 70±16

a

b

13

0 ab

b

Middle leaves

0

25

50

75

100

15 30 45 60

a

b

1419±173 164± 39 106± 22

13

0 abb

Lower leaves

25

0

50

75

100

15 30 45 60

Biochar)%(

269±19 57±10 10± 3

AUDPC±SE%(*days)

ab

a

b

b13

0

Upper leaves

( Leveillula taurica )

Dis

ease

sev

erity

(% le

af c

over

age)

Time after infection (days) Elad et al, Phytopathology 2010

Effect of soil biochar applicationon tomato leaf powdery mildew

Citrus wood biochar

Page 12: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

50

Biochar)%(

Disease severity (% leaf coverage)0 10 20

Middle

Leaf

hei

ght

Lower

Uppera

b

a

a

b

b

Elad et al., 2010 Phytopathology

Effect of soil biochar applicationon pepper leaf powdery mildew

Result: Suppression of powdery mildew on tomato and sweet pepper leaves

Page 13: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Bioc

har

conc

entr

ation

in

soi

l (%

)

0

20

40

60

80

a

a

a

a

b

b

b

b

30 55 80 105

0

13

Time after infection (days)

Dis

ease

sev

erity %

(le

af c

over

age

)Bi

ocha

rco

ncen

trati

on

in s

oil (

%)

ab

b

0 600 1200 1800AUDPC (%*days)

31

0

Disease severity

Long term effect of soil application on leaf powdery mildew

Elad et al, Phytopathology 2010

Page 14: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Elad et al, Phytopathology 2010 ( Polyphagotarsonemus latusאקרית העיוותים )

Broad Mite in Pepper

Control

Bioc

har

conc

entr

ation

in

soi

l (%

)

0 5 10 15 20Severity)%(

0 a

3 b

5 b

No biochar 3% biochar

Page 15: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Biomass source

- - - - - - - -Pyrolysis

temperature Disease assay

Biochar concentration

- - - - - - -Plants age (time after

biochar treatment)

Time after infection by pathogen

(days)

Effect of parameters of biochar treatment :

Page 16: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Greenhouse waste (GHW)

350 AL 29 12

450 AL 72 14

3.01.00.5

-

Bio

char

con

cent

ratio

n (%

)

0 20 40 60

3.01.00.5

-

GHW

Pyrolysis temp. C

Assay

Plants age

(d.a.p)Time after infection by Botrytis cinerea

(days)

Disease severity (%)

ab

a

bc

Effect of biochar treatment parameters:

Elad et al, Phytopathologia Mediterranea (2012)

Page 17: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

0 10 20 30

Disease severity (%)

0 5 10 15Bio

char

con

cent

ratio

n (%

)

0 20 40 60

3.01.00.5

-

3.01.00.5

-

3.01.00.5

-

Pyrolysis temp. C

Assay

Plants age

(d.a.p)Time after infection by Botrytis cinerea

(days)Olive pomice (OP)

350 DL 23 7

450 DL 16 10

450 AL 21 5

OP

OP

ab

ab

ab

ab

Elad et al, Phytopathologia Mediterranea (2012)

OP

Page 18: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

350 DL 23 7

350 AL 47 10

3.01.00.5

-

Bioc

har c

once

ntra

tion

(%)

0 20 40 60

3.01.00.5

-

Pyrolysis temp. C

Assay

Plants age

(d.a.p)Time after infection by Botrytis cinerea

(days)

Disease severity (%)

Eucalyptus wood (EW)

(EW)

a

b

abc

ab

Results: Suppression of foliar diseases in all casesEfficacy may differ with the biochar (temperature and biomass source)Three weeks of incubation are needed

Page 19: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Induced resistance (systemic)

•Plant pathogens infect foliar plant parts•Biochar applied to soil (root zone)

What plant genes may be responsible for the effect of biochar on plant diseases?

Page 20: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Salycilic

acid (SA)

Ethylene (ET)

Jasmonic acid (JA)

Systemic resistance pathways

PR10 (Fra a3)induced under stress and act as common allergens

LOX (Falox)

WRKY (FaWRKY1)

PR1 (FaPR1)SA dependent related marker

PR5 (Faolp2) Osmotin-Like (down regulated by ABA, induced by SA and wounding)

Lipoxygenase,central in JA

signaling, involved in ISR

Transcription factors involved in plant responses to biotic and abiotic stresses

PR1

PR5

PR10

Lox

WRKY

BiotrphsNecrotrphs

Syst

emic

acqu

ired

resis

tanc

e (S

AR)

PRs

Priming for defenses

Induced systemic

resistance (ISR)

BIOCHAR ?

Page 21: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Treatment

Control

Extraction total RNA

cDNA

Reverse Transcriptase

QPCR

Normalisation with house keeping gene (GAPDH)Relative quantification/control plant

QPCRמדידת כמות יחסית על ידי

Page 22: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Rela

tive

mRN

A le

vel (

Fold

Cha

nge)

13

0

5

10

15

210

150

180

FaWRKY1FaloxFra a3FaPR1 Faolp2

Greenhouse waste (3 wks)

0

Biocharconc. (%)

A

FaWRKY1FaloxFra a3FaPR10

5

10

15

160

110

Faolp2

135

BCitrus wood

9 mths

Total RNA was isolated from leaves and subjected to qPCR analysis. Transcripts levels were normalized to FaGAPDH and 18-26S interspacer RNA genes and expressed relative to no biochar amendment plants using the Δ Δ Ct Ct method.

PR1 PR5 PR10 Lox WRKY PR1 PR5 PR10 Lox WRKY

Effect of biochar amendments on expression of defense related genes in strawberry plants

Biochar induces SAR and ISR

Meller Harel et al, 2011

S A R ISR S A R ISR

Page 23: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Enhanced resistance to Gray mold in strawberry plants grown on biochar

Time after inoculation (days)

0Greenhouse waste (GHW) 1

GHW 3

Biochar, conc. (%) AUDPC ±SE

Citrus wood (CW) 3

Dis

ease

sev

erity

(rot

are

a, m

m2 )

0

50

100

0 4 7 9

b

a

ab

ab

B. cinerea

415.8± 50.5 a157.1± 33.0 b110.0± 32.0 b117.8± 24.3 b

Meller Harel et al, 2011

after 9 days:

Page 24: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Botrytis cinerea-+

0

50

100

150

Rela

tive

mRN

A le

vel (

Fold

Cha

nge)

FaWRKY1FaloxFra a3FaPR1 Faolp2 0

10

20

30

40

FaWRKY1FaloxFra a3FaPR1 Faolp2

1133

Biochar conc. (%) B. cinerea-+-+

Effect of Botrytis cinerea infection on expression of defense related genes(3 weeks GHW biochar + 7 days post inoculation)

Greenhouse waste

PR1 PR5 PR10 Lox WRKY PR1 PR5 PR10 Lox WRKY

B. cinerea (Bc) 

(necrotroph)

induces SAR and ISR

1% primed PR5 for

expression in Bc infection

Meller Harel et al, 2011

S A R ISR S A R ISR

Page 25: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Enhanced resistance to Powdery mildew in strawberry plants grown on biochar

1373.4± 84.1 a1129.7±181.2 a

720.4± 87.7 b

0

40

80

0 10 20 30 40

Dis

ease

sev

erity

(%

leaf

cov

erag

e)

a

ba

ba

b

a

b

0Citrus wood (CW) 1

CW 3

- -

P. aphanis

Biochar ,conc. (%) AUDPC ±SE

Time after infection (days)Meller Harel et al, 2011

after 28 days:

No biochar 3% CW

Page 26: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

1133

-+-+

Effect of Podosphaera aphanis infection on expression of defense related genes(9 momths with biochar + 28 days after inoculation)

Rela

tive

mRN

A le

vel (

Fold

Cha

nge)

100

0

1070

5

Podosphaeraaphanis

-+

FaWRKY1FaloxFra a3FaPR1 Faolp2

85

PR1 PR5 PR10 Lox WRKY0

30

60

135

FaWRKY1FaloxFra a3FaPR1 Faolp2

110

160Biochar P.

conc. (%) aphanis

PR1 PR5 PR10 Lox WRKY

Citrus wood

P. aphanis (biotroph)

induces SARPriming

Meller Harel et al, 2011

S A R ISRS A R ISR

Page 27: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Salycilic

acid (SA)

Ethylene (ET)

Jasmonic acid (JA)

Systemic acquire

d

resistance (SAR)

Induced systemic resistance (ISR)

BIOCHAR

Systemic resistance pathways

Page 28: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

נקבוביות הביופחם משמשת מקלט למקרואורגניזמים •ייחודיים

חומרים המצויים בביופחם מעודדים מקרואורגניזמים •מסויימים ומעכבים אחרים

Page 29: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Stimulation of beneficial soil microbial consortiumStimulation of beneficial soil microbial consortium

1*109

Generalbacteria

1 10 100 1,000

Bacillus spp.

1

Population (CFU/g)

Trichoderma spp.

3101*1081*107

Growthmedium

Rhizosphere

Biochar conc.(%)

1*1041*102

Growthmedium

Rhizosphere

Growthmedium

Rhizosphere

Page 30: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

oBiochar improves plants growth.oBiochar induces in plants resistance towards pathogens.oChanges in microbial populations.oBiochar-borne chemicals and/or biochar-induced microbial populations are responsible for these activities.

Page 31: משרד החינוך והמזכירות הפדגוגית האגף לתכנון ופיתוח תכניות לימודים

Research in cooperation withResearch in cooperation with

Yigal EladOmer Frenkel

Yael Meller-HarelDalia Rav David

Menahem BorenshteinRan ShulchaniSergey Segal

Amit Kumar JaiswalZeraye Mehari Haile

Ellen R. GraberEddie CytrynMax KoltonAvner Silber

Larissa KautskyMaya OfekDror Minz

Institute of Plant Protection Institute of Soil, Water and Environmental Sciences

Hebrew University Faculty of Agriculture

Zohar PasternakInst. of Agricultural Engineering

Beni LewCited publications•Elad, Y., Rav David, D., Meller Harel, Y., Borenshtein, M., Ben Kalifa, H., Silber, A. and Graber, E.R. (2010) Induction of systemic resistance in plants by biochar, a soil-applied carbon sequestering agent. Phytopathology 100:913-921.•Graber, E.R., Meller Harel, Y., Kolton, M., Cytryn, E., Silber, A., Rav David, D., Tsechansky, L., Borenshtein, M., Elad, Y. (2010) Biochar impact on development and productivity of pepper and tomato grown in fertigated soilless media. Plant and Soil 337:481–496.•Kolton, M., Meller Harel, Y., Pasternak, Z., Graber, E.R., Elad, Y. and Cytryn, E. (2011) Impact of biochar application to soil on the

root-associated bacterial community structure of fully developed greenhouse pepper plants. Applied and Environmental Microbiology 77:4924-4930.•Elad, Y., Cytryn, E., Meller Harel, Y., Lew, B., and Graber, E.R. (2011) The Biochar Effect: plant resistance to biotic stresses. Phytopathologia Mediterrenea 50: 335−349.

http://www.agri.gov.il/pages/788.aspx


Recommended