Antagonismen in der Mykorrhiza-Symbiose – auf der Suche nach Mechanismen

Der Einfluss von arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen (AMF) auf das Pflanzenwachstum ist sehr unterschiedlich. Die Mehrheit der Pflanzen lebt in einer Symbiose mit Mykorrhiza-Pilzen. Allerdings gibt es auch einige Pflanzenarten die ohne Mykorrhiza-Pilze leben und deren Wachstum durch AMF gehemmt wird. Mechanismen, welche zu einem negativen Einfluss von AMF auf einige Pflanzenarten führen, wurden bis jetzt kaum untersucht. Die meisten Studien haben sich ausschliesslich mit positiven Effekten der AMF auseinandergesetzt. Der Einfluss von arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen auf das Wachstum der Pflanzen ist jedoch sehr variabel. Der Fokus dieses Projektes liegt auf der Überprüfung einer Reihe möglicher Mechanismen, welche zur Erklärung beitragen, wieso das Wachstum einiger Pflanzen durch AMF gebremst wird.

Ziel: Die Haupthypothesen des Projekts sind die folgenden:

1. Das Kosten-Nutzen Verhältnis von Pflanzen und AMF unterscheidet sich zwischen unterschiedlichen Pflanzenarten. Pflanzen, deren Wachstum negativ von AMF beeinflusst wird, liefern den Pilzen Kohlenstoffe ohne ihrerseits dafür Vorteile (Nährstoffe) zu erhalten.
2. Pflanzen, deren Wachstum von AMF negativ beeinflusst wird, liefern einseitig Kohlenstoff in die Mykorrhiza-Netzwerke, während Pflanzen, die eine Symbiose mit AMF bilden, von solchen Netzwerken profitieren, indem sie die Nährstoffe von Pilzen erhalten.
3. AMF unterdrücken das Wachstum einiger Pflanzen, indem sie alleopatische Verbindungen absondern.
4. Pflanzen, die von AMF negativ beeinflusst werden, können eine Kolonisierung durch AMF nicht verhindern, obwohl AMF für diese Pflanzen nicht von Vorteil sind.

Bedeutung: Die jüngsten Studien haben wichtige Erkenntnisse über die Rolle der AMF für die Ökosysteme geliefert. Diese Bodenpilze können Pflanzendiversität und Produktivität stimulieren, und sie erhöhen die Stressresistenz einer breiten Reihe von Pflanzen. Bis jetzt fokussierte sich die Forschung vor allem auf positive Effekte, die AMF auf das pflanzliche Wachstum haben. Ausser Acht wurde dabei die Tatsache gelassen, dass geschätzte 17‘000 bis 39‘000 Pflanzen zu sogenannten nicht-Mykorrhiza-Pflanzen gehören, einschliesslich einer grossen Zahl von Unkräutern. Die Ergebnisse einiger neuster Studien deuten darauf hin, dass viele nicht-Mykorrhiza-Pflanzen durch AMF unterdrückt werden. Dazu kommt noch die Tatsache, dass es einige Mykorrhiza-Pflanzen gibt, die negativ auf das Vorhandensein von AMF reagieren. Dies ist ein Hinweis darauf, dass in der Rhizosphäre unerwartete Interaktionen stattfinden. Das Absondern allelopathischer Verbindungen durch AMF kann zu unterdrückenden Effekten bei Pflanzen, einschliesslich einiger Unkräuter, führen. Dieses Faktum könnte in Zukunft zur Isolierung und Entwicklung von Bioherbiziden führen. Biologische Unkrautkontrolle gehört zu den Schlüsselthemen, denn der Gebrauch von Herbiziden macht in der Landwirtschaft 45% aller Pestizide aus, bei steigender Tendenz. Deshalb ist die Entwicklung neuer Wege bei der Unkrautbekämpfung (wie im vorliegenden Projekt vorgeschlagen) entscheidend für die Entwicklung nachhaltiger landwirtschaftlicher Systeme. Die Ergebnisse des Projekts werden zum besseren Verständnis von Pflanzen-Mikroben-Interaktionen, von Mykorrhiza-Pilzen, Bodenökologie, sowie von Ackerkulturen-Unkräuter-Interaktionen beitragen, und die Rolleder Mikroben im Boden weiter aufklären.

Beteiligte im Projekt:

Verena Säle (Doktorarbeit)

Dr. Fritz Oehl (Betreuer)
Prof. Dr. Marcel van der Heijden (Projektverantwortlicher Professor und Ko-Betreuer)
Dr. Franco Widmer (Partner)
Dr. Hannes Gamper (Partner)