Trichoderma treibt bodenbürtige Pilzinteraktionen gegen Fusarium-Welke an

Holzmeildruck treibt die Wechselwirkung zwischen Bodenpilzen an und schützt vor Welkekrankheiten.

Mikrobielle Gemeinschaften sind weit verbreitet in der Umwelt und bedecken nahezu alle Oberflächen von Wirtsorganismen, von der Haut, dem Darm und den Schleimhäuten von Tieren bis zu den Wurzeln und Blättern von Pflanzen. Diese Mikroorganismen bilden die erste Verteidigungslinie gegen das Eindringen von Krankheitserregern. Allerdings kann der Ausbruch schädlicher Mikroorganismen zu einer Zerstörung der mikrobiellen Gemeinschaft führen und zu einer deutlichen Zunahme der Krankheitsrate führen. Die Wiederherstellung oder Stärkung der natürlichen Abwehr, die von den mikrobiellen Gemeinschaften der Wirtsorganismen bereitgestellt wird, kann eine wirksame Methode zur Kontrolle von Krankheiten bieten.

Die Regulierung der Mikrobiomgemeinschaft kann die Funktion des landwirtschaftlichen Ökosystems stärken und die Übertragung von Bodenkrankheiten effektiv hemmen. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass die Vielfalt und Zusammensetzung des Bodenmikrobioms direkt mit der Hemmung von Bodenkrankheiten zusammenhängen. Eine reiche mikrobielle Vielfalt kann die Komplexität der mikrobiellen Interaktionen erhöhen und somit die Abwehrfähigkeit gegenüber Pathogenen verbessern. Angesichts der Komplexität der Pflanzen-Mikroben- und Mikroben-Mikroben-Interaktionen sowie der Abhängigkeit dieser Interaktionen von Umweltfaktoren bleibt die Optimierung der Pflanzen-Mikroben-Beziehung eine anspruchsvolle Aufgabe. Daher ist es notwendig, das Zusammenspiel zwischen nützlichen Mikroorganismen, Pathogenen und der Bodenmikrobiomgemeinschaft besser zu verstehen, um eine effektive Krankheitsbekämpfung zu unterstützen. Allerdings ist derzeit wenig darüber bekannt, wie Pilzgemeinschaften von nützlichen Mikroorganismen beeinflusst werden und wie die Dynamik von Pilzpopulationen die Krankheitsbekämpfung beeinflusst. In jüngster Zeit hat das Interesse an der Rolle von Pilzen in Umwelt- und Wirtsmikrobiomgemeinschaften zugenommen, aber die Auswirkungen von Pilzen auf die Funktion des Bodenökosystems und ihre Rolle bei der Krankheitsbekämpfung müssen weiter erforscht werden. In der renommierten internationalen Fachzeitschrift New Phytologist wurde eine Studie des Teams um den Akademiker Shen Qirong von der Nanjing Agricultural University veröffentlicht, die sich mit den Mechanismen der biologischen Bekämpfung der Fusarium-Welke befasst, die durch den Einsatz von Trichoderma guizhouense NJAU4742 (Tg), einem Pilz aus der Gattung Trichoderma, in Form von biologischem Dünger erreicht wird. In dieser Studie wurde der Einfluss des biologischen Düngers auf die Entwicklung der Krankheit in einem Bananen-Monokultursystem untersucht.

Eine Studie hat gezeigt, dass nach drei aufeinanderfolgenden Bananenanbausaisonen im Vergleich zur Kontrollgruppe die Anwendung von SOF+Tg (organische Substanz mit und ohne Inokulation von Trichoderma asperellum Tg) die Krankheitsrate von Welke verringern und das Pflanzenwachstum erhöhen kann. Die Krankheitsbekämpfung und Wachstumsförderung waren in der SOF+Tg-Behandlungsgruppe höher als in der SOF-Behandlungsgruppe, mit durchschnittlichen Steigerungen von 59,09% bzw. 60,47%. In jeder Anbausaison hatte die SOF+Tg-Behandlungsgruppe die höchste Biomasse und die niedrigste Krankheitsrate im Vergleich zu den anderen beiden Behandlungsgruppen. In der dritten Wachstumssaison erreichte die Krankheitsbekämpfung in der SOF+Tg-Behandlungsgruppe 72,2±3,9% und das Wachstum wurde um 76,4±8,5% gefördert. Die dynamischen Veränderungen der Mikrobiomzusammensetzung im Boden nach drei aufeinanderfolgenden Anbausaisonen wurden analysiert. Es wurde festgestellt, dass die Gesamtmenge an Pilzen in der SOF+Tg-Behandlungsgruppe signifikant höher war als in der Kontrollgruppe, während die Menge an Trichoderma asperellum in der SOF+Tg-Behandlungsgruppe signifikant niedriger war als in der SOF- und CK-Behandlungsgruppe. Weiterhin wurde festgestellt, dass es signifikante Unterschiede in der Zusammensetzung der Pilzgemeinschaft zwischen dem Ausgangsboden (vor dem Anbau), dem Kontrollboden, dem SOF-Boden und dem SOF+Tg-Boden gab. Die relative Häufigkeit von Zygomycota und Glomeromycota war im Ausgangsboden signifikant höher als im Kontroll-, SOF- und SOF+Tg-Boden. Im Vergleich zum Ausgangsboden und den anderen Behandlungen erhöhten CK und SOF signifikant die relative Häufigkeit von Basidiomycota und Ascomycota. Im Vergleich zum Ausgangsboden, dem Kontrollboden und dem SOF-Boden verringerte die SOF+Tg-Behandlung signifikant die relative Häufigkeit von Aspergillus, während die relative Häufigkeit von Aspergillus im Ausgangsboden am höchsten war. Es gab signifikante Unterschiede in der mikrobiellen Kohlenstoffstoffwechselkapazität zwischen den Böden, die mit CK, SOF und SOF+Tg behandelt wurden. Die SOF+Tg-Behandlung führte zu einer signifikanten Steigerung des mikrobiellen Kohlenstoffstoffwechsels im Boden um 23,98% bzw. 38,91% im Vergleich zu CK und SOF.

Bild 1: Biomasse der Bananenpflanzen und Krankheitsinzidenz von Fusarium-Welke.

Die Erhöhung der Impfrate von Tg hat signifikante Auswirkungen auf die Populationsdichte des Pilzes und den Anteil von Tg in der Pilzgemeinschaft. In Topfversuchen wurde festgestellt, dass die Anwendung von Tg signifikante Auswirkungen auf die Zusammensetzung der Humicola-Arten der Gattung Fäulnispilze hat. Die Anwendung von Holzschimmel führte zu einer 72%igen Reduzierung der Krankheitsrate bei Bananen und einer Erhöhung der Biomasse. Dieser Effekt ist auf Veränderungen in der Pilzmikrobiota zurückzuführen, einschließlich einer Verringerung der Dichte von Sporothrix-Arten und einer Anreicherung von Fäulnispilzen mit antimikrobieller Wirkung. Die Studie belegt die Rolle der Holzschimmel-Humicola-Kombination bei der Krankheitsbekämpfung und zeigt, dass die Überlappung des ökologischen Nischens mit dem Pathogen und die Induktion einer systemischen Pflanzenresistenz zu den Hauptmechanismen der biologischen Schädlingsbekämpfung gehören. Darüber hinaus erhöhen Tg und Humicola signifikant den Gehalt an Jasmonsäure und Salicylsäure in Bananenpflanzen. Es wurde festgestellt, dass das Abwehrsystem der Bananenpflanzen empfindlicher auf die gemeinsame Inokulation von Tg und Humicola reagiert, was darauf hinweist, dass diese beiden Pilze möglicherweise gemeinsam die Pflanzenresistenz über die JA- und SA-Signalwege induzieren. Darüber hinaus hat die Kombination von Tg und Humicola eine stärkere Aktivierung von ISR-bezogenen Enzymen wie Chitinase (CHT), Peroxidase (POD), Phenylalanin-Ammoniak-Lyase (PAL), Lipoxygenase (LOX) und Polyphenoloxidase (PPO) in Bananenpflanzen im Vergleich zu einzelnen Pilzen. Die Autoren zeigen, dass die Interaktion mit der einheimischen Mikrobiota möglicherweise einen größeren Einfluss auf die Hemmung von Krankheiten hat als die direkte antagonistische Wirkung der Inokulation mit biologischen Schädlingsbekämpfungsmitteln.

Die Untersuchung der induzierten pflanzlichen systemischen Resistenz durch Pilzgemeinschaften (Abbildung 2).

In dieser Studie wird das hemmende Potenzial von Pilzprobiotika auf natürliche Krankheitserreger in einem kontinuierlichen Bananenanbausystem untersucht. Die Autoren konnten nachweisen, dass nützliche Pilze sowohl eine direkte hemmende Wirkung auf Krankheitserreger haben als auch indirekt durch Nährstoffkonkurrenz und die Induktion von pflanzlicher Systemresistenz in Zusammenarbeit mit einheimischen Pilzen einen Beitrag zur Krankheitsbekämpfung leisten. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die Anwendung von Pilzprobiotika zu einer Umgestaltung der Bodenpilzgemeinschaft führt, indem sie nützliche Pilzarten rekrutieren, um Pflanzen vor Krankheitserregern zu schützen und ihre Gesundheit zu erhalten. Diese Ergebnisse bieten neue Perspektiven für die Entwicklung wirksamer und nachhaltiger Lösungen zur Verbesserung des Pflanzenschutzes.