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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 11 / Ökologische Agrarwissenschaften  → Boden- und Pflanzenbauwissenschaften  → Fachgebiet Bodenbiologie und Pflanzenernährung  → Dissertationen 

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http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-233

Titel: Studies on arbuscular mycorrhiza (AM) in the Alentejo (Portugal) using pea mutants resistant to AM fungi as a control tool for field conditions
Autor(en): Kleikamp, Bernd
Schlagworte (SWD): ErbseVA-MykorrhizaInokulationPflanzenwachstumFeldversuchFärbersaflorMykorrhiza
Klassifikation (DDC): 630 - Landwirtschaft, Veterinärmedizin (Agriculture)
Erscheinungsdatum: 20-Sep-2002
Zusammenfassung: The utilization and management of arbuscular mycorrhiza (AM) symbiosis may improve production and sustainability of the cropping system. For this purpose, native AM fungi (AMF) were sought and tested for their efficiency to increase plant growth by enhanced P uptake and by alleviation of drought stress. Pot experiments with safflower (Carthamus tinctorius) and pea (Pisum sativum) in five soils (mostly sandy loamy Luvisols) and field experiments with peas were carried out during three years at four different sites. Host plants were grown in heated soils inoculated with AMF or the respective heat sterilized inoculum. In the case of peas, mutants resistant to AMF colonization were used as non-mycorrhizal controls. The mycorrhizal impact on yields and its components, transpiration, and P and N uptake was studied in several experiments, partly under varying P and N levels and water supply. Screening of native AMF by most probable number bioassays was not very meaningful. Soil monoliths were placed in the open to simulate field conditions. Inoculation with a native AMF mix improved grain yield, shoot and leaf growth variables as compared to control. Exposed to drought, higher soil water depletion of mycorrhizal plants resulted in a haying-off effect. The growth response to this inoculum could not be significantly reproduced in a subsequent open air pot experiment at two levels of irrigation and P fertilization, however, safflower grew better at higher P and water supply by multiples. The water use efficiency concerning biomass was improved by the AMF inoculum in the two experiments. Transpiration rates were not significantly affected by AM but as a tendency were higher in non-mycorrhizal safflower. A fundamental methodological problem in mycorrhiza field research is providing an appropriate (negative) control for the experimental factor arbuscular mycorrhiza. Soil sterilization or fungicide treatment have undesirable side effects in field and greenhouse settings. Furthermore, artificial rooting, temperature and light conditions in pot experiments may interfere with the interpretation of mycorrhiza effects. Therefore, the myc- pea mutant P2 was tested as a non-mycorrhizal control in a bioassay to evaluate AMF under field conditions in comparison to the symbiotic isogenetic wild type of var. FRISSON as a new integrative approach. However, mutant P2 is also of nod- phenotype and therefore unable to fix N2. A 3-factorial experiment was carried out in a climate chamber at high NPK fertilization to examine the two isolines under non-symbiotic and symbiotic conditions. P2 achieved the same (or higher) biomass as wild type both under good and poor water supply. However, inoculation with the AMF Glomus manihot did not improve plant growth. Differences of grain and straw yields in field trials were large (up to 80 per cent) between those isogenetic pea lines mainly due to higher P uptake under P and water limited conditions. The lacking N2 fixation in mutants was compensated for by high mineral N supply as indicated by the high N status of the pea mutant plants. This finding was corroborated by the results of a major field experiment at three sites with two levels of N fertilization. The higher N rate did not affect grain or straw yields of the non-fixing mutants. Very efficient AMF were detected in a Ferric Luvisol on pasture land as revealed by yield levels of the evaluation crop and by functional vital staining of highly colonized roots. Generally, levels of grain yield were low, at between 40 and 980 kg ha-1. An additional pot trial was carried out to elucidate the strong mycorrhizal effect in the Ferric Luvisol. A triplication of the plant equivalent field P fertilization was necessary to compensate for the mycorrhizal benefit which was with five times higher grain yield very similar to that found in the field experiment. However, the yield differences between the two isolines were not always plausible as the evaluation variable because they were also found in (small) field test trials with apparently sufficient P and N supply and in a soil of almost no AMF potential. This similarly occurred for pea lines of var. SPARKLE and its non-fixing mycorrhizal (E135) and non-symbiotic (R25) isomutants, which were tested in order to exclude experimentally undesirable benefits by N2 fixation. In contrast to var. FRISSON, SPARKLE was not a suitable variety for Mediterranean field conditions. This raises suspicion putative genetic defects other than symbiotic ones may be effective under field conditions, which would conflict with the concept of an appropriate control. It was concluded that AMF resistant plants may help to overcome fundamental problems of present research on arbuscular mycorrhiza, but may create new ones.Untersuchungen zur arbuskulären Mykorrhiza (AM) im Alentejo (Portugal) unter Verwendung von mykorrhiza-resistenten Erbsenmutanten als Kontroll-Instrument für Feldbedingungen: Mediterraner Trockenfeldbau wird allgemein begrenzt vom P-Mangel der Böden und Trockenheit. Das Management der Symbiose von arbuskulären Mykorrhiza Pilzen (AMF) mit Kulturpflanzen kann die Produktion und Nachhaltigkeit hier verbessern. Dazu wurde nach geeigneten nativen AMF gesucht, um Pflanzenwachstum mittels verbesserter P-Aufnahme und Trockenstress-Resistenz zu steigern. Es wurden Gefäßexperimente mit Färberdistel (Carthamus tinctorius) und Erbse (Pisum sativum) in 5 Böden (sandig-lehmige Luvisole), sowie Feldexperimente mit Erbsen über 3 Jahre an 4 verschieden Orten durchgeführt. Die Wirtspflanzen wuchsen in hitzebehandelten Böden, die mit AMF oder dem entsprechendem sterilisierten Inokulum beimpft waren. Im Falle der Erbsen wurden AMF-resistente Mutanten als mykorrhiza-freie Kontrollen eingesetzt. Der Einfluss der arbuskulären Mykorrhiza (AM) auf Ertrag und seine Komponenten, Transpiration, P- und N-Aufnahme wurde in verschiedenen Experimenten, zum Teil unter variierter P- bzw. N- Düngung und Bewässerung, untersucht. Ein Screening der nativen AMF mit MPN-Tests war wenig aussagekräftig. Mit Boden-Monolithen wurde Färberdistelanbau simuliert. Die Beimpfung mit einer Mischung nativer AMF erhöhte Kornertrag sowie Spross- und Blattwachstum im Vergleich zu unbeimpften Kontrollen. Austrocknung führte aufgrund des höheren Wasserentzugs durch die größeren mykorrhizierten Pflanzen zu einem "haying-off"-Effekt. Die Wachstumssteigerung durch das Inokulum konnte in einem weiteren Freilandexperiment in Gefäßen nicht signifikant bestätigt werden. Auf die beiden anderen Versuchsfaktoren, zwei Bewässerungsstufen und P-Düngung, reagierten die Färberdisteln jedoch sehr stark. Die Wasserausnutzungseffizienz bezüglich der Sprossbiomasse war mit Mykorrhiza verbessert, die Transpiration tendenziell niedriger. Ein grundsätzliches Problem der AM-Forschung betrifft eine geeignete (negative) Kontrolle speziell unter Feldbedingungen, da Bodensterilisierung oder Fungizidbehandlung unerwünschte Nebeneffekte haben. Weiterhin können künstliche Bedingungen hinsichtlich Durchwurzelung, Temperatur und Licht bei Gefäßexperimenten die Interpretation des Mykorrhiza-Effekts stören. Daher wurde die myc- Erbsenmutante P2, die nicht fähig ist AM auszubilden, als Kontrollreferenz eines Bioassay im Vergleich zum symbiotischen Wildtyp var. FRISSON getestet. Ziel war es, AM unter Feldbedingungen in einem neuen integrativen Forschungsansatz zu evaluieren. Jedoch zeichnet sich P2 auch durch einen nod- Phänotyp und damit fehlende N2 Fixierung aus. In einem 3-faktoriellen Klimakammer-Experiment wurden beide Isolinien unter nicht-symbiotischen und symbiotischen Bedingungen bei hoher NPK Düngung kultiviert. Die Mutante P2 erreichte dieselbe bzw. höhere Biomasseproduktion als der Wildtyp unter schlechter bzw. guter Wasserversorgung. Der AMF G. manihot war allerdings nicht effizient. In Feldversuchen war der Ertrag des Wildtyps im Vergleich zur Mutante dagegen deutlich höher und schien auf eine höhere P-Aufnahme bei eingeschränkter P- und Wasserversorgung zurückzuführen zu sein. Fehlende N2 Fixierung konnte offenbar durch mineralisches N ausgeglichen werden, wie hohe N-Konzentrationen in den Erbsenmutanten belegten. Dieses wurde durch einen Feldversuch an 3 Orten mit 2 N-Stufen bestätigt, da hier die höhere N-Rate die Erträge der Mutante nicht steigerte. In einem Ferric Luvisol auf Weideland wurden sehr effiziente AMF entdeckt. Dies zeigten sowohl die Ertragsunterschiede zwischen den beiden Isolinien als auch die funktionale Vitalfärbung in hochgradig mykorrhizierten Wurzeln. Das Ertragsniveau war mit 40 bis 980 kg ha?1 niedrig. Eine Verdreifachung der P-Düngung des vorangegangen Feldversuch konnte in einem folgenden Gewächshausversuch den Mykorrhiza-Effekt kompensieren; bei der geringeren P-Stufe lag der Kornertrag des Wildtyps 5-fach höher im Vergleich zur Mutante, ganz ähnlich wie im Feldexperiment. Allerdings waren die Ertragsunterschiede im Feld zwischen den beiden Isolinien nicht immer plausibel, da solche auch im Test bei guter P- und N-Versorgung bzw. in einem Boden mit sehr geringem Mykorrhiza-Potential vorgefunden wurden. Letzteres wurde auch für Isolinien der Sorte SPARKLE festgestellt, die allerdings im Vergleich zu FRISSON schlecht wuchsen. Der Wildtyp wurde gegenüber der Isomutante E135, die kein N2 fixiert, aber zu Mykorrhiza fähig ist, und R25, die beide Symbiosen ebenso wie die Mutante P2 nicht ausbildet, getestet. Gewisse Skepsis bleibt angeraten gegenüber möglichen genetischen Defekten über die beiden Symbiosefunktionen hinaus, die das Konzept einer wirksamen 0-Kontrolle unter Feldbedingungen gefährden könnten. Zwar helfen AMF-resistente Pflanzen, fundamentale Probleme der gegenwärtigen Mykorrhiza-Forschung zu überwinden, aber bereiten ebenso neue.Estudos com micorizas arbusculares (AM) no Alentejo (Portugal) usando mutantes de ervilhas resistentes para fungos AM como uma ferramenta de controle em condições de campo: A agricultura de sequeiro é limitada pela deficiência de P nos solos e pela seca. O manejo da simbiose entre fungos micorízicos arbusculares (AMF) e plantas cultivadas pode aumentar a produção e a sustentabilidade do sistema agrícola. Para este propósito, AMF nativos foram procurados para aumentar o crescimentos das plantas pela melhoria na absorção do P e pela resistência a seca. Foram realizados ensaios com vasos com cártamo (Carthamus tinctorius) e ervilha (Pisum sativum) em 5 solos (areno-argiloso Luvisols) e experimentos no campo com ervilhas durante 3 anos em 4 diferentes lugares. Plantas hospedeiras foram cultivadas em terra esterilizada com AMF ou com seu respectivo inoculo estéril. No caso das ervilhas, mutantes resistentes à colonização AMF foram usados como controle não-micorízico. O impacto da AM na produção e seus componentes, transpiração, absorção de P e N foram investigados em vários ensaios, em parte sob vários níveis de P e suprimento de água. Um screening dos AMF nativos segundo do teste MPN revelou esta ser uma metodologia pouco fiável. Condições de campo para a produção de cártamo foram simulados com monólitos de solos. Inoculação com uma mistura nativa de AMF aumentou a produção de grãos e palha em comparação ao controle. Exposição a seca resultou em um efeito “haying-off” em plantas com micorízas. A resposta de crescimento nestes inoculos não puderam ser reproduzidas significamente em um subsequente ensaio com vasos. Entretanto, a reacção de cártamo aos 2 outros factores experimentais, irrigação e fertilização com P, foi forte. A eficiência do uso da água aumentou com AMF para matéria seca de palha por litro nos 2 ensaios e a razão de transpiração foi mais alta para cártamo sem AM como uma tendência. Um problema metodológico fundamental nas pesquisas de campo com micorízas é fornecer um controle apropriado (negativo) para o factor experimental AM. Tratamentos de esterilização do solo ou com fungicidas tem vários efeitos indesejáveis para ensaios no campo e em vasos. Além disso, as condições artificiais de enraizamento, de temperatura e luz em ensaios com vasos podem interferir na interpretação dos efeitos das micorízas. Neste sentido, o mutante P2 myc- de ervilha foi testado como planta não-hospedeira para avaliar as AMF sob condições de campo em comparação à linhagem parental isogenética, var. FRISSON, como uma nova abordagem integrativa. Entretanto, o mutante P2 é também do nod- fenótipo e, consequentemente, incapaz de fixar N2. Um experimento factorial 3 foi conduzido em câmera de crescimento com alta fertilização NPK para examinar as duas mesmas linhagens sob condições não-simbiose e simbiose. O mutante alcançou a mesma (ou mais elevada) biomassa que a linhagem normal sob bom e pobre suprimento de água. O AMF Gl. manihot verificou-se não eficiente. As diferenças de produção entre FRISSON e P2 nos ensaios de campo foram maiores principalmente devido à mais elevada absorção de P sob condições limitantes de P e água. O factor falta de fixação de N2 em mutantes foi compensada pelo factor de elevação no suprimento de N mineral indicado pela alta concentração de N nas plantas mutante de ervilha. Isto foi confirmado com os resultados da experiência de campo principal em 3 locais com 2 níveis de fertilização de N. O aumento da dose de N não afectou a produção dos mutantes não-fixadores. AMF muito eficazes foram detectadas em Luvisol Ferroso em pastagens como foi revelado pelos níveis de avaliação da colheita e pela coloração funcional vital das raízes altamente colonizadas. Em geral, níveis de produção de grãos foram baixos entre 40 e 980 kg ha-1. Um ensaio adicional com vasos foi conduzido em casa de vegetação para averiguar o alto efeito micorízico em Luvisol Ferroso. A triplicação da fertilização de P do ensaio do campo precedente foi necessário para compensar o benefício das micorizas: na taxa baixa de P, a produção de grãos pela variedade paternal foi 5 vezes maior em comparação com o mutante P2, muito similar como os resultados do experimento no campo. Entretanto, as diferenças na produção entre as duas mesmas linhagens não foram sempre plausíveis porque também foram encontradas em testes no campo com aparente suficiente suprimento de P e N ou em um solo com pouco potencial AMF. Similar ocorreu para as isolinhas de ervilhas da var. SPARKLE. Foram testadas a linha simbiótica parental em comparação com a mutante E135 nãofixadora mas com micorízas e com a mutante R25 não-simbiótico. Suspeitas são deste forma motivadas pelo outros putativos defeitos genéticos, além dos simbióticos, as quais oporiam com o conceito de um apropriado controle. Com isto concluiu-se que as plantas resistentes as AMF podem auxiliar a superar problemas fundamentais na presente pesquisa das micorízas, entretanto pode criar novos problemas.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-233
Sammlung(en):Dissertationen

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