Arbuskuläre Mykorrhizen – Südaustralien

Schlüsselpunkte

• Arbuskuläre Mykorrhizen (AM) sind im Allgemeinen vorteilhafte Assoziationen (Symbiosen) zwischen Pflanzenwurzeln und spezialisierten Bodenpilzen.
• Eine hohe AM-Besiedlung weist auf eine gute Boden- und Pflanzengesundheit hin.
• Amine können der dominierende Weg für die Aufnahme von Phosphor (P) und Zink (Zn) sein, sind aber auch für andere Nährstoffe wichtig.
• Fast alle Kulturpflanzen können AM-Assoziationen bilden, ausgenommen Lupinen und Kohlsorten wie Raps.
• Erntesequenzen (Lupine, Raps und lange Brache), die längere Zeiträume ohne AM-Pflanzen haben, können die Nährstoffaufnahme und den Ertrag nachfolgender Wirtskulturen verringern.
• Bodenbearbeitung und Fungizide reduzieren die Besiedlung von Kulturpflanzen.

Hintergrund

Arbuskuläre Mykorrhizen (AM) sind im Allgemeinen vorteilhafte Assoziationen (Symbiosen) zwischen Pflanzenwurzeln und spezialisierten Bodenpilzen. Die Chancen stehen gut, dass alle AM-Pilze in einem bestimmten Boden alle dort angebauten Pflanzen besiedeln können. Nur wenige Pflanzen bilden keine AM-Symbiosen. Dazu gehören Raps und andere Brassicas (Kohlfamilie), Lupinen (alle anderen Kultur- und Weideleguminosen sind AM), Rüben und Spinat, ansonsten bilden praktisch alle Kulturarten diese Assoziationen. Eine hohe AM-Besiedlung ist ein wichtiges Indiz für eine gute Bodengesundheit, obwohl dies nicht immer anerkannt wird.

Die Symbiose basiert auf dem Austausch von Nährstoffen: Der Pilz erhöht die Fähigkeit der Wirtswurzeln, Nährstoffe aufzunehmen, während die Pflanze den Pilz mit Zucker versorgt. Wichtig ist, dass AM-Pilze sowohl im Boden als auch in den Wurzeln wachsen und ihre feinen Fäden (Hyphen) sich in den Bodenporen erstrecken und verzweigen (Abbildung 1), wodurch die Bodenmenge erhöht wird, aus der die Wirtspflanzen Nährstoffe extrahieren können. Diese Fäden wirken auch, um die Symbiose von Pflanze zu Pflanze zu verbreiten und die Bodenstruktur zu stabilisieren.

Vorteile der AM-Symbiose

Experimente haben gezeigt, dass Pflanzen durch AM-Symbiosen unterschiedliche Nährstoffaufnahme-, Wachstums- oder Ertragsvorteile erzielen. Dies hat zu gemischten Ansichten über die Bedeutung von AM in australischen Anbausystemen geführt. Die Größe der Reaktion auf AM hängt von der Pflanzenart sowie von der Verfügbarkeit von Bodennährstoffen und Düngemittelanwendungen ab. Arten, die große Vorteile zeigen, können schlecht entwickelte Wurzelsysteme und kurze Wurzelhaare haben und einige können nicht richtig wachsen, es sei denn, sie sind AM. Diese Pflanzen erhalten von ihren Pilzpartnern zusätzliches P, so dass sich das Management zur Erhöhung der Populationen von AM-Pilzen lohnt und zu Düngemitteleinsparungen führen kann.

Abbildung 1: Gefärbte Weizenwurzel mit AM-Pilzstrukturen (blau).

Pflanzen wie Getreide mit sehr ausgedehnten Wurzelsystemen und langen Wurzelhaaren haben eine hohe natürliche Fähigkeit, Nährstoffe aufzunehmen, und früher glaubte man, dass die AM-Pilze keinen Nutzen brachten. Neue Arbeiten an Böden aus Südaustralien haben jedoch gezeigt, dass selbst wenn Weizen oder Gerste wenig oder keinen Wachstums- oder Ertragsvorteil zeigen, die AM-Pilze einen großen Teil des Pflanzenwachstums liefern können (Abbildung 2). Dies bedeutet, dass ein subtiler Dialog zwischen Pflanzen- und Pilzpartnern bestimmt, wie sie die Nährstoffaufnahmeaufgaben teilen (Smith and Smith 2010).

Abbildung 2: Der Anteil von P, der über AM-Pilze an Weizenpflanzen abgegeben wurde, wurde durch Zugabe von P (20 mg / kg Boden) zu Boden von Cungena, Eyre Peninsula, SA (Li et al. 2006). Finanzierung durch SAGIT.

AM fungal survival and management

AM Pilze sind für Zucker vollständig von Pflanzen abhängig und können daher nur wachsen, wenn sie Pflanzenwurzeln besiedeln können. Zwischen den Kulturen überleben sie im Boden als Sporen (Abbildung 3), feine Fäden (Hyphen) im Boden und in toten Wurzelfragmenten, die als infektiöse Einheiten fungieren, wenn neue Pflanzen wachsen. Die infektiösen Einheiten überleben gut in trockenen Böden, selbst bei relativ hohen australischen Temperaturen, aber auch in kalten kanadischen Böden. Wenn der Boden wie in der Saisonpause wieder benetzt wird, keimen die infektiösen Einheiten und suchen nach neuen Pflanzenwurzeln, um sich anzusiedeln und Zucker zu gewinnen.

Abbildung 3: Aus dem Boden extrahierte Sporen von AM-Pilzen. Die größten haben die Größe eines Stecknadelkopfes.

Wenn Pflanzen, die AM-Symbiosen bilden, auch keimen, besiedeln die AM-Pilze die Wurzeln, versorgen ihre Pflanzenpartner mit Nährstoffen und bauen diese nützlichen Pilzpopulationen für den nächsten Zyklus auf. Wenn Pflanzen fehlen oder nicht in der Lage sind, Mykorrhizen zu bilden, nehmen die Pilzpopulationen ab und profitieren daher nicht von der nächsten potenziellen Wirtspflanze (Abbildung 4). Dieses Wissen bildet die Grundlage für Praktiken, die AM-Pilzpopulationen verbessern können.

Abbildung 4: Die AM-Pilzsporendichte im Boden hatte einen deutlichen Einfluss auf die Entwicklung der AM-Besiedlung in Getreide (Ergebnisse von John Baon).

Vermeiden Sie kahle Brache, wenn der Boden feucht ist. Viele Kulturen (z. B. Baumwolle, Mais, Taubenerbse, Sonnenblume), die nach langer Brache in Queensland ein schlechtes Wachstum und eine unzureichende P- oder Zn-Aufnahme zeigten, wurden von AM-Pilzen nicht ausreichend besiedelt. Das gleiche Problem tritt wahrscheinlich nach dem Wachstum von Nicht-Mykorrhiza-Kulturen (Kohl, Raps, Lupine) auf. Rotationskulturen und Weiden, die AM-Symbiosen bilden, erhalten die Bodeninfektionsfähigkeit aufrecht (Seymour 2009). Einige Unkräuter können bei der Aufrechterhaltung lebensfähiger Pilzpopulationen während brachliegender Perioden helfen.

Die minimale Bodenbearbeitung ist für die Mykorrhizapopulationen und die Funktion der Symbiose von Vorteil, da sie die Schädigung der feinen Pilzfäden minimiert, die sonst eine Brücke zwischen den Pflanzen bilden.

Züchter könnten fragen, ob die Anwendung von AM-Pilz-Inokulum wirtschaftlich machbar ist, aber die kommerzielle Verfügbarkeit in Australien ist derzeit begrenzt. Qualitätssicherungsverfahren müssen sicherstellen, dass keine Krankheitserreger in den AM-Impfstoffen vorhanden sind und dass die Impfung zu einer starken Besiedlung der Pflanzen führt. Es ist am besten, fachkundigen Rat einzuholen und die AM–Pilzdichte in Ihren landwirtschaftlichen Böden zu kennen, bevor das Inokulum angewendet wird – nur dort, wo AM-Pilze in geringer Zahl vorhanden sind würde von einer Impfung profitieren erwartet werden.

Weiterführende Literatur und Referenzen

Li H-Y, Smith S E, Holloway R E, Zhu Y-G und Smith FA (2006) Arbuskuläre Mykorrhizapilze tragen zur Phosphoraufnahme durch Weizen bei, der in einem phosphorfixierenden Boden angebaut wird, auch wenn keine positiven Wachstumsreaktionen vorliegen, New Phytologist, 172: 536 – 543.

Seymour N (2009) Mykorrhizen und ihr Einfluss auf die P-Ernährung, Australian Grain, Juli August, p 23-24.

Smith SE und Smith FA (2010) ‚Die Rolle von arbuskulären Mykorrhizapilzen (AMF) in der Phosphorernährung von Pflanzen: ein Bedarf an
geänderten Ideen‘, Eyre Peninsula Farming Systems Summary 2010. S. 125 – 127.

Autor: Sally Smith, Maria Manjarrez und Andrew Smith (Universität von Adelaide).