InnoEndophyt

Hintergrund

Endophyten sind Mikroorganismen, hauptsächlich Bakterien und Pilze, die zumindest während eines Teils ihres Lebenszyklus in einer Pflanze leben, ohne offensichtlich eine Krankheit zu verursachen. Diese Mikroorganismen und ihre Wirtspflanzen gehen häufig eine für beide Arten vorteilhafte Wechselbeziehung ein, den Mutualismus. Endophyten, die die Rhizosphäre (von der Pflanzenwurzel beeinflusste Bodenregion) besiedeln, können im Austausch gegen Kohlenstoff, Nährstoffe aus dem Boden in die Pflanze transportieren, die Pflanzenentwicklung modulieren, die abiotische und biotische Stresstoleranz der Pflanze erhöhen und die Entwicklung konkurrierender Pflanzenarten unterdrücken. Die positiven Auswirkungen von Endophyten gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie die Ernteerträge steigern und die Abhängigkeit von chemischen Stoffen im Rahmen einer nachhaltigen Landwirtschaft verringern können.

Projektziel

Im Sinne eines nachhaltigen und integrierten Pflanzenschutzes ist es notwendig, Pflanzen mit alternativen Mitteln zu stärken, um ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Stressfaktoren zu erhöhen. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Samenbeschichtungsformulierung, die Sporen von Wurzelendophyten der Ordnung Sebacinales sowie Mikronährstoffe und andere wachstumsfördernde Pflanzeninhaltsstoffe enthält. Im Projekt wird ein marktfähiges innovatives Produkt zur Saatgutbehandlung mit drei systemisch wirkenden Wurzelendophytensporen entwickelt. Nach der Samenkeimung besiedeln die Endophyten sofort die Wurzeln der wachsenden Pflanze und geben dem Sämling in seiner empfindlichsten Phase sofortigen Auftrieb.

Methode

Die Dauersporen des Endophyten werden auf das Saatgut aufgetragen, um das Eindringen des Pilzes in die Pflanzenwurzeln zu erleichtern. Um die Verwendung dieser Formulierung in der ökologischen Landwirtschaft zu ermöglichen, basiert sie auf Pflanzenextrakten und biologischen Düngemitteln. Die pflanzenstärkende Wirkung wird in umfangreichen Anbauversuchen im Gewächshaus und im Freiland getestet. Die Wirksamkeit von Saatgutbeschichtungen wird durch Tests an verschiedenen Kulturarten wie Gurken, Tomaten, Blumenkohl, Salat, Spinat und Zuckermais geprüft.

Derzeitige Ergebnisse

Das Ziel im Rahmen des Gewächshausversuches mit Spinat war die Prüfung der Wirksamkeit eines noch wenig erforschten, mit Serendipita indica nahe verwandten, Serendipita-Wurzelendophyten zur Toleranzinduktion gegen bodenbürtige Auflaufkrankheiten (wahrscheinlich Pythium spp.) bei Spinat. Spinat der Sorte Magnetic F1 wurde in Multitopfplatten mit einem Ackerboden, welcher nachweißlich mit Auflaufkrankheiten verursachenden bodenbürtigen Schaderregern verseucht war, kultiviert. Chlamydosporen des Serendipita-Wurzelendophyten wurden als Komponente einer Saatgutbeschichtung geprüft. Die Saatgutbeschichung enthielt einmal nur die Serendipita-Chlamydosporen und einmal zusätzlich noch VEGGIEGUARD. VEGGIEGUARD wurde ebenfalls als alleinige Komponente in der Saatgutbeschichtung geprüft. Zusätzlich wurde ein Inokulationsverfahren mit den Serendipita-Chlamydosporen mittels Pipette geprüft.  Darüber hinaus wurden ebenfalls die kommerziell erhältlichen biologischen Bodenfungizide Tri-Soil und Prestop, als auch das chemische Bodenfungizid Proplant und nicht verseuchtes, torfhaltiges Substrat zu Vergleichszwecken mit geprüft. In jeder Variante waren n = 216 Versuchspflanzen enthalten. Der Versuch wurde in einem vollständig randomisierten Blockdesign angelegt und erstreckte sich über 23 Tage. Während des Versuches wurden die Anteile aufgelaufener, gesunder Keimlinge (%) in jeder Variante erfasst. Bei den ermittelten Anteilen aufgelaufener, gesunder Spinatkeimlinge (%) wiesen die Varianten KT (88,0 %) und PP (74,5 %) die, mit großem Abstand zu den anderen Varianten, höchsten Anteile auf. Unter den übrigen Varianten wiesen die Varianten VG (33,3 %) und VG+E (27,8 %) die höchsten Anteile auf. Die Varianten PS (21,8 %), K (20,8 %), EAPI (19,5 %), E und TS (beide jeweils 17,6 %) wiesen nur geringfügige Unterschiede untereinander auf (siehe Abb. 1).

Die verschiedenen Saatgutbehandlungen mit Serendipita-Chlamydosporen und VEGGIEGUARD wurden auch in einem hydroponischen System mit Salat getestet. Das Frischgewicht beschreibt hier die oberirdische, vermarktungsfähige Masse der Versuchspflanzen unmittelbar nach der Ernte. Dieses konnte im Hydroponischen System durch eine Saatgutbehandlung in den Varianten Serendipita-Wurzelendophyten (A), Endophyten plus VEGGIEGUARD (B) sowie Endophyt plus VEGGIEGUARD plus Reispolymer (C) im Vergleich zur Kontrolle signifikant erhöht werden. Aus diesen drei Varianten schnitt die Behandlung Endophyt plus VEGGIEGUARD (B) am besten und signifikant höher ab als die Varianten A und C (siehe Abb. 2). Ähnliche Ergebnisse zeigen auch Hydroponikversuche mit Pak Choi.

Teil des Projektes ist auch die Besiedlung der Endophyten zu bestimmen. Für eine spezifische PCR, die einerseits auch niedrige Konzentrationen an Sebacinales-DNA in Feinwurzeln detektiert und andererseits möglichst wenige Kreuzreaktionen aufweist, wurden verschiedene Primerkombinationen zu unterschiedlichen Genom-Loci getestet und mithilfe von Gradienten-PCR optimiert. Mit der besten gefundenen Primerkombination werden aktuell die DNA-Extrakte aus Feinwurzeln analysiert, die in verschiedenen Stadien der durchgeführten Pflanzenversuche als Proben genommen wurden (siehe Abb. 3). Das Ergebnis dieser Analysen wird zeigen, mit welcher minimalen Sporenkonzentration der Beizsuspension noch eine robuste Besiedelung der Wurzeln erreicht werden kann.

Literatur

Sefloo NG, Wieczorek K, Steinkellner S, Hage-Ahmed K (2019) Serendipita species trigger cultivar-specific responses to Fusarium wilt in tomato. Agronomy 9:595. https://doi.org/10.3390/agronomy9100595