Endbericht deutsch

Arbuskuläre Mykorrhizapilze (AMP) sind Organismen, die mit einer Vielzahl an krautigen Pflanzen, darunter verschiedenste wichtige Nutzpflanzen, Symbiosen eingehen können. Diese mutualistischen Beziehungen stellen für beide Partner einen deutlichen Vorteil dar. So beliefert die Pflanze den obligat biotrophen Pilz mit Kohlenstoff, der im Gegenzug Phosphor aus dem Boden aufnehmen und für die Pflanze nutzbar machen kann. Dieser symbiotischen Beziehung wird neben einer verbesserten Pflanzenernährung auch eine bedeutende Rolle in der Abwehr von Pflanzenkrankheiten, insbesondere verursacht durch pflanzenpathogene Bodenpilze, zugeschrieben. Im Sinne einer nachhaltigen Landwirtschaft könnte dadurch der Einsatz von Düngemitteln und chemischen Pflanzenschutzmitteln deutlich reduziert werden. Die Interaktionen von Pflanzen und Mikroorganismen in der Rhizosphäre, der unmittelbar durch eine lebende Wurzel beeinflusste Bereich im Boden, werden durch Wurzelexsudate nachhaltig bestimmt. Diese Zusammenhänge sind bislang aber noch nicht ausreichend untersucht. In der vorliegenden Arbeit wurde der Fokus auf die Rolle AMP in der biologischen Kontrolle des Bodenpilzes Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (Fol) bei Tomaten in verschiedenen Mischkulturen gelegt. Von besonderem Interesse waren dabei die Wurzelexsudation und ihre Bedeutung für die Krankheitsentwicklung. In diesen Studien wurden Tomaten in Dualkultur mit Lauch, Gurke, Basilikum, Fenchel oder Tomaten selbst mit einem AMP-Inokulum, bestehend aus sechs verschiedenen AMP-Arten, und/oder Fol inokuliert und im Gewächshaus kultiviert. Der Mykorrhizierungsgrad von Tomatenwurzeln zeigte eine deutliche Abhängigkeit vom Mischkulturpartner. Darüber hinaus war ein Biokontrolleffekt durch AMP evident. Dies zeigte sich in einer Reduktion des Befalls mit Fol und/oder einer Kompensation der pflanzlichen Biomasse. Diese Effekte waren jedoch deutlich abhängig vom jeweiligen Mischungspartner. Lauch und Basilikum erwiesen sich vorteilhaft als Mischungspartner der Tomaten. Weiters wurde die Sporenkeimung von Fol in Tomatenwurzelexsudaten aus Mischkulturen, die mit nur einer einzelnen AMP-Art inokuliert waren, untersucht. Eine alleinige Inokulation mit AMP führte zu einer Zunahme der Fol-Keimung in den Gesamtexsudaten, eine Co-Inokulation mit AMP und Fol verringerte die Sporenkeimung in den Exsudaten hingegen. Die chemischen Analysen der Wurzelexsudate ergaben eine AMP-abhängige Zunahme von Zuckern und eine Abnahme von organischen Säuren. Darüber hinaus wurde eine Steigerung der Chlorogensäure in Wurzel-ausscheidungen von Tomaten, die mit AMP und Fol inokuliert waren, festgestellt. Die Arbeiten zeigen, dass die Pflanzengesundheit durch Interaktionen mit AMP positiv beeinflusst werden kann, diese Effekte jedoch vom jeweiligen Mischkulturpartner mitbestimmt werden. Die aufgezeigten Änderungen liefern zahlreiche Ansatzpunkte für weiterführende Untersuchungen über mögliche Folgewirkungen der dokumentierten Interaktionen auf andere Rhizosphärenbewohner und eine erfolgreiche Biokontrolle.

Endbericht englisch

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are the most prevalent type of mycorrhizal fungi which form a mycorrhizal symbiosis with a wide range of herbaceous plants under natural conditions including many important crop species. The mycorrhizal symbiosis is a mutual association between plant and fungus where the plant delivers carbon to the obligate biotrophic fungus, while the fungal partner acquires phosphorus from the soil more efficiently than the plant and provides it to the plant in return. Apart from improved plant nutrition, AMF are also reputed to control a number of plant diseases, especially soil-borne diseases. This is of high significance in the field of sustainable agriculture, where the input of fertilizers and chemical plant protectants is reduced or even absent. Root exudates and their multiple components play an important role in plant–microbe interactions in the rhizosphere (i.e. the soil zone that surrounds and is influenced by the roots of plants), especially, in the initial phase of these interactions. It is already known that root exudates influence the germination rate of the soil-borne tomato pathogen Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (Fol). However, the potential alteration in root exudation patterns due to AMF and its putative effect on Fol development are not satisfactorily understood. In this work the focus was laid on the role of AMF in the control of the soil-borne fungus Fol in tomato in different intercropping settings. Additionally, root exudation and its function in disease development was selected as one specific area of interaction and investigated in greater detail. For the intercropping studies an inoculum consisting of six different AMF species was tested against Fol with tomato intercropped with either leek, cucumber, basil, fennel or tomato itself. Arbuscular mycorrhizal root colonization of tomato was clearly affected by its intercropping partner. Furthermore, bioprotective effects of AMF resulting in the decrease of Fol disease severity and/or compensation of plant biomass were evident. However, these effects depended on the plant combination. Leek and basil proved to be beneficial intercropping partners of tomato. Additionally, alterations in root exudation of tomato mediated by a single AMF species and Fol were investigated. AMF inoculation increased the germination rate of Fol in total exudates, whereas, the simultaneous inoculation of AMF and Fol decreased the germination rate of Fol in total exudates. The subsequent chemical analyses revealed an AMF-dependent increase of sugars and decrease of organic acids, mainly glucose and malate. Furthermore, an increase of chlorogenic acid in root exudates of tomato plants inoculated with AMF and Fol was found, an effect, which could be shown for the first time. In conclusion, plant health can be influenced positively by the interactions of AMF and properly chosen intercropping partners such as leek. Apart from AMF and pathogens also other beneficial microorganisms are prevalent in the rhizosphere. The findings of this work about changes in root exudation dynamics due to AMF and Fol raise new questions about the effects of these dynamics on other rhizosphere inhabitants and a putative increase in biocontrol effects.