Die Nutzung mikrobieller Symbiosen im Pflanzenbau, speziell im Gartenbau und Forst, hat in Deutschland eine über 100 Jahre währende Tradition. Dies zeigt sich insbesondere an der technologischen Entwicklung von Mykorrhizapilzpräparaten als Faktoren ganzheitlicher phytomedizinischer Pflanzenbau­strategien.

Vorzüge mykorrhizierter Pflanzen sind ihr verbessertes Wachstum unter ungünstigen Bedingungen, bessere Nährstoffausbeute, eine erhöhte Krankheits- und Stresstoleranz, d.h. die Pflanzen reagieren weniger empfindlich auf abiotische Stressfaktoren (Trockenheit, hohe Temperaturen, Kälte, Staunässe, falsche pH-Werte im Substrat). Die vegetative und generative Entwicklung der Wirtspflanzen ist beschleunigt, z.B. Stecklinge bewurzeln besser, es wird eine Wachstumsförderung, erhöhte Blütenzahl und verlängerte Blühdauer, Verminderung des Umpflanzschocks, eine schnellere Etablierung und Verringerung der Mortalität beobachtet.

Darüber hinaus ist die Anwendung mykorrhizahaltiger Bodenhilfsstoffe sowie die Mykorrhizierung von Pflanzen für die Sanierung und Gestaltung der Landschaft eingeführte Praxis. Richtlinien für den GaLa-Bau enthalten Hinweise für die Mykorrhizaanwendung ebenso wie Empfehlungen für die Produktion von forstlich genutzten Bäumen.

Doch wohin entwickelt sich die Mykorrhizaforschung in Deutschland und welche Innovationen lassen sich für die pflanzenbauliche Praxis ableiten?

Diesen Fragen stellten sich Experten aus Universitäten und Forschungseinrichtungen anlässlich der regelmäßigen Jahrestagung der Projektgruppe Mikrobielle Symbiosen, die im Jahre 2009 am Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) in Großbeeren, 2010 am Leibniz-Institut für Pflanzen­biochemie (IPB) in Halle tagte und im Jahre 2011 am Institut für Umweltchemie an der Leuphana-Universität in Lüneburg geplant ist.

Projektgruppenleiter: Dr. Falko Feldmann (Braunschweig)

Die Zusammenfassungen eines Teils der Vorträge werden im Folgenden wiedergegeben.

Als pflanzensymbiontische Pilze waren bis vor kurzem unter den Basidiomyceten lediglich Ektomykorrhizabildner sowie Mykorrhizapartner von Orchideen bekannt. Dieses Bild hat sich in den letzten Jahren, vor allem durch die Anwendung von molekularen und ultrastrukturellen Methoden, drastisch gewandelt. Inzwischen ist klar, dass Arten der neu beschriebenen Ordnung der Sebacinales an Ektomykorrhizen, Orchideen­mykorrhizen (sowohl mit autotrophen als auch mit mixo- und heterotrophen Orchideenpartnern), an arbutoiden und ericoiden Mykorrhizen sowie an Ektendomykorrhizen mit neotro­pischen hemiepiphytischen Vaccinioideen (cavendishioide Mykorrhiza) und an mykorrhiza-ähnlichen Interaktionen mit Lebermoosen (jungermannioide Mykorrhiza) beteiligt sind (Kottke et al., 2003; Selosse et al., 2002, 2007; Setaro et al., 2006; Urban et al., 2003; Weiss et al., 2004). Ein größeres Spektrum an Mykorrhizatypen ist von keiner anderen Pilz­gruppe bekannt.

Dass sebacinale Pilze bisher weitgehend übersehen wurden, liegt an ihrer morphologischen Unauffälligkeit. Die Frucht­körper vieler Vertreter überziehen krustenförmig den Erd­boden, morsches Holz, Streu oder Moose oder bilden gar keine makroskopisch sichtbaren Fruchtkörper. Die Sebacinales umfassen viele kryptische Arten, ihre außerordentlich hohe Bio­diversität zeigt sich erst in molekularen Analysen. Phylogenetisch bilden die Sebacinales zwei Teilgruppen, auf die sich die Mykorrhizatypen in charakteristischer Weise verteilen (Weiss et al., 2004). So sind etwa Ektomykorrhizabildner und frucht­körperbildende Arten nur aus der Gruppe A bekannt; in ericoiden Mykorrhizen wurden bisher nur Vertreter der Gruppe B nachgewiesen (Selosse et al., 2007).

Zunehmend Beachtung finden experimentelle Studien über den sebacinalen Modellstamm Piriformospora indica und verwandte Arten aus dem Sebacina-vermifera-Komplex, die in der Lage sind, mit einem breiten Spektrum an Pflanzenarten wurzelendophytisch zu interagieren. Die Liste der experimentell getesteten Wirtspflanzen umfasst auch Nutzpflanzen (z.B. Gerste, Tomate) oder den bisher als mykorrhizalos geltenden Modellorganismus Arabidopsis thaliana (Fakhro et al., 2010; Oelmüller et al., 2009). Bei den Wirten wurden dadurch systemisch sowohl das Wachstum und der Ertrag gesteigert als auch Resistenzen gegen phytopathogene Pilze und abiotischen Stress induziert (Deshmukh et al., 2006); auch eine intensivere Bewurzelung von Stecklingen nach einer Inokulation mit sebacinalen Pilzen wurde berichtet (Druege et al., 2007). Neueste Daten weisen darauf hin, dass sebacinale Endophyten in natürlichen Ökosystemen weltweit verbreitet und häufig sind (Weiss et al., in rev.). Bei ihrer endophytischen Interaktion scheint Apoptose (der programmierte Zelltod) von Wurzelrindenzellen der Wirtspflanze eine wichtige Rolle zu spielen (Deshmukh et al., 2006). Da sich die bisher untersuchten sebacinalen Stämme – im Unterschied etwa zu den arbuskuläre Mykorrhizen bildenden Glomeromyceten – leicht in Reinkultur erhalten und vermehren lassen, sind die Sebacinales ein ideales Modell für die Grundlagenforschung zu symbiontischen Pilz-Pflanze-Beziehungen sowie eine vielversprechende Pilzgruppe für Anwendungen im nachhaltigen Pflanzenbau.

Durch eine intensive, rund fünfundzwanzigjährige Forschung ist es uns gelungen, das Milieu im Boden so aufzubauen und zu steuern, dass sich die Arbuskuläre Mykorrhiza (AM) optimal entwickeln kann. Auch unter schwierigen Bedingungen kann durch die Unterstützung und Ernährung mit unseren Produkten (spezielle flüssige und gekörnte aktive Mikronährstoffe sowie Homöopathie) der Aufbau eines gesunden Milieus sicher erfolgen. Es werden auch Bakterien gefördert, die sich teilweise durch Ihre Ausscheidungen aktiv an der Ernährung der AM beteiligen.

In der Praxis kann man deutlich erkennen, dass boden­bürtige Krankheiten bei frühzeitigem, vorbeugendem Einsatz stark verdrängt werden. Die Ernährung der Pflanzen und die Widerstandskraft gegenüber Schaderregern verbessern sich wesentlich.

Bei der Anwendung in Baumschulen, bei Stadtbäumen, Obst und Beerenobst, Zierpflanzen, Gemüse bis zu landwirtschaft­lichen Sonderkulturen konnten über Jahre ähnlich gute Ergebnisse erzielt werden. Wertvolle Pflanzensammlungen in Bota­nischen Gärten und Parks in ganz Europa werden inzwischen so regeneriert und gesund weiterkultiviert.

Die Nachfrage nach dem kompletten System steigt jedes Jahr kräftig an. Eine große Rolle spielt dabei auch die organische Düngung, die in der Kombination mit AM und Pflanzen­stärkung um 30–50% reduziert werden kann. Die nachhaltige Fruchtbarkeit der Böden wird deutlich verbessert und die Nährstoffauswaschungen in die Umwelt verringert.

Wir stellen den Kulturpflanzen die geeigneten AMP zur Verfügung damit sie, auch wenn sie nicht grundsätzlich mykorrhizieren, im Bedarfsfall (Mangel) darauf zurückgreifen können. Dadurch erhöhen wir die Kultursicherheit in den Betrieben. In der Praxis hat sich unser System mit dieser speziellen, veränderten Düngung schon bestens bewährt und wird von immer mehr Gartenbaubetrieben angewendet.

Durch unsere Entwicklung von Zuschlagstoffen und speziellen, für ein optimales Milieu verantwortlichen Nährstoffen, können wir bei der AM eine verbesserte, stärkere und schnel­lere Anwuchsphase erreichen.

Durch die gleichzeitige direkte Stärkung und Ernährung der Pflanze kann diese den zur Besiedelung mit Mykorrhiza notwendigen energetischen Aufwand ausgleichen. Die Pflanze wird gut besiedelt und wächst in der Regel ohne Verzögerung weiter.

Wichtig sind natürlich in dieser Phase Faktoren wie Düngung, pH-Werte, Wasser und Licht die nicht immer beeinflusst werden können. Bei Kübelpflanzen, Dachgärten und Dach­begrünungen bringen wir die Mykorrhiza und die Nährstoffe jedes Jahr aufs Neue aus.

Wir haben mit dieser Art der Pflanzenpflege über 10 Jahre lang die besten Erfahrungen gemacht und konnten feststellen, dass die Kosten gegenüber konventioneller Düngung sogar deutlich günstiger wurden.

Schon 2005 haben Manjula Govindarajulu und Kollegen von der New Mexico State University in Las Cruses sehr interessante Details über den Nährstofftransport und die Stickstoffweitergabe der Mykorrhiza an die Wurzeln erforscht. Pilze, deren Myzel sowohl um die Pflanzenwurzel herum als auch in die Wurzelrinde hineinwachsen, geben den Stickstoff in einem zweistufigen Prozess an die Pflanzen ab. Sie nehmen den Stickstoff als Nitrat aus dem Boden auf, reduzieren ihn und bauen ihn in die Aminosäure Arginin ein. Das Arginin wird dann quer durch das Pilzgeflecht zu den in und um die Wurzelrinde gelegenen Pilzmyzel transportiert, wo die Pflanzen- und Pilzzellen in engem Kontakt stehen. Dort lösen die Pilze den Stickstoff wieder aus dem Arginin heraus und geben ihn an den Symbiosepartner ab, der ihn als Ammo­niumion über einen speziellen Träger aufnimmt. Der Koh­lenstoffanteil des Arginins wird von dem Pilz weiter ver­wertet. Bemerkenswert ist die räumliche Trennung der beiden Reaktionen. Sie äußert sich in einer unterschied­lichen Enzymausstattung. Im Umgebungsgeflecht werden die Enzyme für die Nitratreduktion und die Argininsynthese gebildet. Im Wurzelgeflecht indessen finden sich die Enzyme für den Abbau des Arginins, sie ähneln jenen, mit denen auch Tierzellen Proteine abbauen. Weiterhin ist bemerkenswert, dass der reduzierte Stickstoff zwar in Form von Arginin transportiert, aber nicht in dieser Form von den Pflanzen aufgenommen wird. Der Pilz behält das Kohlenstoffgerüst zurück und gibt nur den reduzierten Stickstoff an die Pflanze ab.

Der Einsatz von arbuskulärer Mykorrhiza wird schon alleine durch diesen Zusatzeffekt sinnvoll und wirtschaftlich. Es wurde in zahlreichen Versuchen festgestellt, dass die Mykorrhiza den Nitratstickstoff im Boden bindet und zur Pflanzenwurzel transportiert. Die Pflanzen haben dadurch deutlich kräftigere Zellwände und entsprechend weniger Probleme mit Schadpilz- und Insektenbefall. Das Pflanzenwachstum wird mehr „Wurzeldominant“ und dadurch unempfindlicher. Das System der amoniumbetonten Punktdüngung (auch als Cultanverfahren bekannt) ist eine gute und kostengünstige Lösung für den Land- und Gartenbau. In der konventionellen Landwirtschaft wird dieses Verfahren bereits großflächig an­gewendet.

Die Familie der Orchidaceae ist mit ca. 30 000 Arten von der tropischen bis zur boreal arktischen Klimazone beheimatet. Für die Keimung sind die endospermfreien Samen auf die Infektion mit Mykorrhizapilzen angewiesen. Die nach der Keimung entstehenden Protokorme sind obligat mykoheterotroph und weisen typischerweise eine enge Spezifität zu den Mykorrhizapartnern auf (McKenndrick et al., 2000). Für die Propagation sowohl epiphytischer als auch terrestrischer Orchideenarten ist die Kultivierung und Vermehrung in vitro in der gärtnerischen Praxis bereits fest etabliert. Die Verwendung spezieller kohlehydratreicher Basismedien ermöglicht die asymbiotische Keimung der Samen (z.B. Van Waes und Debergh, 1986; Lorenzen, 1993). Da diese Methode nicht für jede gärtnerisch interessante Art gleichermaßen erfolgreich ist, steht die symbiotische Keimung von Orchideen weiterhin im Fokus des gartenbaulichen Interesses. Voraussetzung dafür ist der Einsatz der für die jeweilige Orchideenart spezifischen Mykorrhizapartner. Um die symbiotische Keimung für Cypri­pedium calceolus, C. reginae, Dactylorhiza maculata, D. ochro­leuca, D. incarnata ssp. pulchella und Gymnadenia conopsea zu etablieren, wurden aus Wurzeln von Orchideen der Gattung Dactylorhiza von natürlichen sowie Gartenstandorten 26 potentielle Mykorrhizapilze isoliert. Nach makroskopischer und mikroskopischer Bonitur wurden die Isolate in Keimungs- und Inokulationsversuchen auf ihr tatsächliches Mykorrhizierungsvermögen untersucht. Die Samen von Dactylorhiza maculata keimten mit zehn Isolaten als Mykorrhizapartner, während die anderen Kombinationen von Orchideensamen und poten­tiellem Mykorrhizapilz keine Keimungserfolge zeigten. Die Quantität der gekeimten Samen von D. maculata variierte in Abhängigkeit der eingesetzten Pilzisolate, wobei mit sieben Isolaten gute bis sehr gute Keimungsergebnisse erzielt wurden, das heißt der Keimungsprozentsatz war vergleichbar mit der jeweiligen asymbiotisch gekeimten Kontrollgruppe. Im Vergleich zur asymbiotischen Keimung konnte die Entwicklungsdauer bis zum Erreichen des Protokormstadiums von zwölf auf vier Wochen deutlich reduziert werden. Asymbiotisch gekeimte Protokorme von D. maculata, welche mit den Pilzisolaten inokuliert und weiter kultiviert wurden, zeigten ebenfalls eine isolatspezifische Entwicklung. Während besonders das Isolat Nr. 13 Wachstum und Differenzierung der juvenilen D. macu­lata förderte, bewirkten andere Isolate ein vorzeitiges Absterben der Protokorme.

Die Sequenzanalyse auf der Grundlage der ITS-PCR und der anschließende Abgleich mit in der NCBI-Datenbank hinter­legten pilzlichen Sequenzen ergab für drei Isolate (Nr. 13, 22, 26) sehr hohe Übereinstimmungen mit den als Orchideen-Mykorrhiza bekannten Pilzgattungen Ceratobasidium, Tulasnella, Thanatephorus und Rhizoctonia. Neben dem experimentellen Nachweis bestätigten auch die molekularbiologischen Daten die Eignung dieser Isolate als Mykorrhizapartner für D. macu­lata.

The arbuscular mycorrhiza (AM) symbiosis between higher plants and Glomeromycota fungi is one of the most widely studied beneficial plant-microbe interactions. Since marker genes identified so far are connected to later stages of the symbiosis, e.g. arbuscule formation, access to more components of early AM signaling would strengthen our understanding how both partners initiate contact and which genes are important regulators of this process. We thus profiled the transcriptional changes of roots responding to fungal exudates (Myc-signals) and fungal spores in A17 and DMI3 plants 6 h and 24 h post application. Based on the responses, we identified genes possibly related to early symbiotic signaling, acting either upstream or downstream of DMI3. Genes that were found to be induced in both lines might be related to very early AM signaling, but could also reflect general differences in root development. By contrast, genes induced in A17 roots but not in the DMI3 mutant can be regarded as DMI3-dependent candidates, being likely associated with symbiotic signaling. A substantial fraction of these genes are important for membrane transport, cell wall biosynthesis, and plant defence. Apart from this, we found an activation of genes involved in hormone and calcium signaling, signal transduction, as well as genes encoding transcription factors (TF), including two GRAS and several AP2/ERF TFs. Three co-induced and eight DMI3-dependent genes were selected for the construction of reporter gene fusions to develop histological markers suitable for testing the Myc-signal activity of fungal exudates.

Medicago truncatula is one of the most important model-plants for the investigation of root endosymbioses with soil microbes. One of these symbioses is the arbuscular mycorrhiza (AM) with beneficial fungi, enhancing the phosphate supply of the plant.

To establish a functional symbiosis, comprehensive changes in the transcriptional program of the root cells hosting fungal structures are necessary. To date, investigations in this field have been limited by the asynchronous development of the symbiosis, leading to the presence of different developmental stages in the host root at a given timepoint and a lack of resolution, which has been restricted to whole root material.

To overcome these problems, we perform laser-capture-microdissection (LCM) of specific cell types in mycorrhized roots, using a PALM Microbeam (Zeiss). This technology provides the possibility to excise intact cells from complex tissues, so that homogenous cell pools for downstream analysis can be obtained.

Our goal is to isolate single cells or cell layers housing only one defined developmental stage of the AM fungus and to map the transcriptom of these, using Medicago GeneChips. The results should widen the knowledge about already known symbiosis genes, by providing information about the exact timepoint and place of activation, and will probably also lead to the identification of novel genes, which could not be detected in older approaches due to the lack of cellular resolution.

Finally, the function of selected genes in the AM symbiosis will be investigated. To this end, we use a RNAinterference(RNAi)-approach in Agrobacterium-derived hairy roots of Medicago truncatula. The knock-down- level of the candidate genes is assesed by real-time RT-PCR and the performance of AM in transgenic roots is investigated using histological methods and real-time RT-PCR. The ultimate goal is to identify plant genes essential for the different developmental checkpoints of AM symbiosis.

Arbuscular mycorrhiza (AM) is a widespread symbiotic asso­ciation between plants and fungi. AM fungi supply their sym­biotic partner with nutrients and water from the soil, while they receive photosynthates from the plant in return. The successful establishment of AM requires mutual signaling of both sym­biotic partners. Compared to the root nodule symbiosis, knowledge of the molecular basis of this signaling pathway is still limited. Thus, we are interested in uncovering plant genes involved in early symbiotic signaling.

To this end, candidate genes have been identified via extensive data mining of 72 Medicago GeneChip hybridizations covering (1) comparisons of different wild type plants with mutants impaired in early symbiotic signaling, (2) wild type plants inoculated with different AM fungi, and (3) wild type plants inoculated with diffusible microbial signals; obtained in the frame of the TRUNCATULIX project. Candidate genes were selected according to their expression characteristics from the GeneChip experiments mentioned above, their expression profiles from the Medicago truncatula Gene Expression Atlas (MtGEA) and their annotation. Concerning the last point, we had a special focus on genes annotated as transcription factors and annotated as being involved in calcium sig­naling, since calcium signaling seems to play an important role in the closely related signaling pathway of the root nodule symbiosis.

To functionally characterize those candidate genes we currently design RNAi-constructs to determine whether the knock down of these genes has an impact on formation of AM symbiosis between Medicago truncatula and the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices; and study the phenotype of Tnt1 mutants in the genes concerned. In addition, promoter studies for selected candidate genes are planned to uncover novel expression markers that can be used to study microbial infection and plant responses to signals from AM fungi.

Neben den arbuskulären Mykorrhiza (AM) Pilzen gibt es eine Vielzahl anderer pilzlicher Organismen, die sich in der Wurzel tummeln. Einer davon ist der Basidiomyzet Piriformospora indica. Er besiedelt die Wurzeln aller bisher untersuchten Pflanzen und zeigt bei vielen von ihnen erstaunliche Wachstums­effekte. Gemeinsame Untersuchungen mit der Arbeitsgruppe von Professor Karl-Heinz Kogel an der Universität Gießen haben ergeben, dass P. indica bei Gerstenpflanzen den Ertrag deutlich steigern und gleichzeitig die Pflanze schützen kann. Im Gegensatz zu den AM-Pilzen induziert er Resistenzen aber nicht nur gegen Wurzelpathogene, sondern auch gegen die Blattkrankheit ‘Echter Mehltau’. Dabei scheint keiner der bisher bekannten Signaltransduktionswege eine Rolle zu spielen. Stattdessen konnte eine Erhöhung verschiedener Antioxidan­tien beobachtet werden, die die Pflanze gegen das Pathogen schützen. Die Besiedelung der Wurzeln erfolgt nach einem gänzlich anderen Prinzip als bei den AM Pilzen. P. indica scheint den programmierten Zelltod der Wurzelzellen zu induzieren und so findet man ihn nur in toten Pflanzenzellen. Deshalb ist es nicht verwunderlich, dass man bei einer zu hohen Inokulumsdosierung auch negative Effekte erreichen kann. Am IGZ untersuchen wir nun, wie dieser Pilz im modernen Anbau von Tomaten eingesetzt werden kann.

Die Mykorrhiza ist für viele Gehölze essentiell und in Hinblick auf die Gehölzverwendung im urbanen Bereich im Focus aktueller Betrachtungen. Dabei werden Pflanzenproduktion und Anforderungen an die spätere Verwendung wenig verknüpft zu einem sich aufbauenden Qualitätsmanagement. Er erscheint ein Screening erforderlich, um Herkünfte und Spezies mit definierten Eigenschaften zu finden, die erfolgreich in der Anzuchtphase an Gehölzen etabliert werden können und am späteren Standort den Gehölzen helfen, urbane Stressfaktoren zu ertragen.

Gärtnerische Kultursubstrate sind im Allgemeinen frei von Mykorrhizapilzen. Obwohl zahlreiche Nutzeffekte einer Impfung von Subraten mit Mykorrhizapilzen für die gärtnerische Produktion nachgewiesen wurden, hat dies bisher kaum Eingang in die Praxis gefunden. Als größtes Hindernis für die kommerzielle Nutzung werden die mangelnde Vorhersagbarkeit der Symbiosewirkung und die schlechte Reproduzierbarkeit des Nutzeffektes angeführt. Ein effektives Zusammenspiel zwischen Pflanze und Pilz wird nicht nur durch spezifische Eigenschaften der Symbiosepartner bestimmt, sondern auch durch die Kulturbedingungen. Reine Torfsubstrate sind z.B. weniger kompatibel mit Mykorrhiza als Einheitserden mit einem gewissen Tonerdeanteil und damit höherer Puffer­kapazität für Nährstoffe. Neben der Wahl eines passenden Pilz-Inokulums von gleichbleibender Qualität und einer adäquaten Dosierung müssen also oft auch die jeweiligen Kulturbedingungen angepasst werden. Die Bereitschaft hierzu bzw. die kommerzielle Machbarkeit findet sich vor allem bei der Entwicklung nachhaltiger Produktionsweisen und für die Lösung spezifischer Kulturprobleme wie z.B. hohe Ausfallraten in der Akklimatisierung von in vitro vermehrten Pflanzen. Geeignete Kombinationen von Mykorrrhiza und anderen natürlichen Pflanzenstärkungs- und Bodenverbesserungsmitteln könnten in Zukunft die Wirkungssicherheit von „lebenden Substraten“ erhöhen.

Ein Kooperationsprojekt zwischen der INOQ GmbH und der Leibniz-Universität Hannover über den Einsatz von ericoiden Mykorrhizapilzen wird seit Februar 2010 für 3 Jahre vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie finanziell gefördert. Hierbei steht die Entwicklung eines marktfähigen ericoiden Myorrhizapilzinokulums im Vordergrund.

Hintergrund des Projektes: Es ist kaum Inokulum von ericoiden Mykorrhizapilzen auf dem europäischem Markt. Phytophthora-Erkrankungen an Sorten von Calluna vulgaris und Rhododendron machen den Einsatz von Bioinokula nötig. Des weiteren stellt der norddeutsche Raum einen guten Absatzmarkt für dieses Inokulum dar.

Folgende Arbeitspakete beinhaltet das Projekt: In der INOQ GmbH erfolgt die Inokulumproduktion steril in flüssigen und auf festen Nährmedien und unsteril in Torfsubstrat. Die sterile Produktion wird auch mit dem „temporary immersion system“ erstmalig durchgeführt. In einem zweiten Schritt werden Calluna-Pflanzen unter praxisnahen Bedingungen mit verschiedenen Düngerregimen und Trockenstressvarianten mit ausgewähltem Inokulum, das zuvor formuliert worden ist, beimpft und Parameter wie Sproß- und Wurzelfrischgewicht und Wüchsigkeit bestimmt. Außerdem werden Versuche mit Fungiziden und den ericoiden Mykorrhizapilzisolaten angesetzt.

Die AG von Dr. von Alten an der Leibniz-Universität reak­tiviert verschiedene ericoide Mykorrhizapilzisolate an bewurzelten Stecklingen von Calluna vulgaris cv. ‘Juliane’ und führt anschließend ein Verpilzungsscreening durch. Es folgt ein Screening der ericoiden Mykorrhizapilze auf das Schutzpotenzial gegenüber bodenbürtigen Krankheiten (Phytophthora-Arten). Eine Methode zur Quantifizierung der ericoiden Mykorrhizapilze in den Wurzeln wird weiterentwickelt und Qualitätskontrollen des produzierten Inokulums von INOQ durchgeführt.

Bisherige Ergebnisse des Projektes, Bereich INOQ GmbH: Bei der Auswahl eines geeigneten Vermehrungsnährmediums ist das Saboraud-Medium brauchbar. Zusätze wie Huminsäuren erhöhen die Pilzmyzelmasse bei einigen Isolaten zusätzlich. Als Trägermaterial für die Formulierung ist Perlite geeignet.

Voraussetzung für den weiteren Erfolg der praktischen Anwendung von Mykorrhizaprodukten MP (Ericoide Mykorrhizapilze ErMP, Ektomykorrhizapilze EMP, Arbuskuläre Mykorrhizapilze AMP) ist die Lösung folgender Fragestellungen in der Zukunft:

Bei der Anwendung von MP unter vergleichbaren Bedin­gungen müssen wiederholbare und damit vorhersagbare und garantierbare Ergebnisse erzielbar sein. Die Zuverlässigkeit von Besiedelung und Effekt ist immer noch von weiteren, bisher nicht bekannten und/oder nicht kontrollierbaren Faktoren abhängig.

Zur Qualitätskontrolle von MP wird eine schnelle (Ergeb­nisse innerhalb von 24 Stunden), sichere und kostengünstige Methode gebraucht.

Ein Gütesiegel, bzw. Mindeststandards von „gutem“ Inokulum verschiedener Hersteller auf der Grundlage von festgelegten und veröffentlichten Methoden würde auch dem nicht vorgebildeten Anwender eine schnelle Vergleichbarkeit ermög­lichen.

Für den universellen Einsatz von MP besonders im Produk­tionsgartenbau, wären flüssig auszubringende Formulierungen wichtig. Die trägermaterialgebundenen Produkte der unsterilen Produktionsweise sind im besten Fall suspendierbar.

Trotz erkennbarer Bemühungen liegen noch zu wenig anwendungsbezogene, aber mit wissenschaftlichen Maßstäben gewonnene Ergebnisse zur Praxisbedingungen von MP an verschiedenen Pflanzenarten vor.

Harmonisierte Zulassungsbedingungen in Ländern der Europäischen Gemeinschaft sowie transparente Informationen über die zuständigen Stellen in den einzelnen Ländern würden den Export erleichtern.

Es sollte beachtet werden, dass die Zulassungsbedingungen für Produkte mit ausländischen Mikroorganismen (z.B. Piriformospora indica) in Deutschland zurzeit vorsehen, dass in jedem Bundesland eine Zulassung vom Anwender beantragt werden muss.

Mykorrhizaprodukte, die mit transformierten Karottenkulturen gewonnen werden, enthalten evtl. gentechnisch veränderte Pflanzenzellen. Diese Produkte drängen verstärkt auf den deutschen Markt. Mykorrhizaprodukte sind jedoch teilweise im ökologischen Landbau zugelassen und werden als natürliche Pflanzenstärkung angesehen, dadurch können sich Akzeptanzprobleme der Verbraucher ergeben.

Mycorrhiza – Miracle of fertile soils is the title of the project succesfully completed by the Obermenzinger Gymnasium, Munich, in the context of the 14th FOCUS Schuelerwettbewerb, a school competition sponsored by FOCUS magazine. With support from the Biology Department and the GeoBio-Center – Organic Biology: Mycology of the Ludwig-Maximilians-University of Munich the Obermenzinger students demonstrated that inoculation of radix with spores of soil fungi stimulates the growth of plants, even if they are stressed due to a lack of water or minerals.

The jury of the FOCUS competition awarded the project with the specific award in the category Feeding & Sustainability and 4th place among the total of 140 participating teams. The sponsor of the specific award is BIONADE GmbH Ostheim/Rhoen. More information is available at www.mykorrhiza-europe.eu.

MykoSAT is a non-profit, non-political organization, which is open to individuals, schools, research institutes, business entities and organizations. It will be incorporated as a foundation.

The knowledge gained about mycorrhiza is to be applied under real conditions. MykoSAT intents to cooperate with international organizations, which already are engaged in countries of the semi arid tropics. Covering 6.5 million square kilometers of land in 55 countries, the semi-arid tropics has a population of over 2 billion, 644 million of whom are among the poorest of the poor.MykoSAT and its partners strive to empower these people to overcome poverty, hunger and a degraded environment through better agriculture.

Rural communities (village, small town, district) in semi arid tropics areas will be chosen as cooperation partners. The precondition for starting a cooperation with MykoSAT is a Memorandum of Understanding (MoU), which fixes the will to cooperate in good faith, provides for the formation of a co-operative, the establishment of a school, the development of local agricultural projects driven by mycorrhiza (starting with planting of hedges of jatropha curcas as protection against cattle, wind and erosion as a source of energy crop), and procurement of renewable energy systems.

A stand-alone status for each rural community is a target of the MykoSAT projects. The level of financial investment is to be kept as low as possible. An individual business plan in combi­nation with a feasibility study will determine necessary equipment, materials and preparations. MykoSAT’s main focus is on the cultivation of intellectual property and partnerships. MykoSAT will attempt to find sponsors. Income and expen­ditures should be balanced within three years of planting jatropha hedges. Over the long run, the co-operative has to generate an income for itself and its members. The profits of the cooperative itself are intended for investments in widening the undertaking.

In den vergangenen Jahren haben sich verschiedene wissenschaftliche Studien mit dem Einfluss arbuskulärer Mykorrhizapilze (AMF) auf Einzelpflanzen und ihren direkten Interaktionen mit Herbivoren oder Parasiten beschäftigt (z.B. Gange et al., 1999; Sanders et al., 1993). Die Effekte von AMF auf die Interaktionen innerhalb von Pflanzengemeinschaften oder auf komplexere Nahrungsketten sind jedoch selten betrachtet worden. In zwei Gewächshausexperimenten haben wir den Einfluss von AMF auf die Interaktionen zwischen Pflanzen, Blattläusen und deren Parasitoiden (Experiment 1, Hempel et al., 2009) bzw. auf die Interaktionen zwischen Pflanzengemeinschaften und parasitischen Pflanzen (Experiment 2, Stein et al., 2009) untersucht. In beiden Experimenten zeigte sich eine große Bandbreite der AMF Effekte in Abhängigkeit von der Identität der pilzlichen und der pflanzlichen Partner.

Das Experiment 1 umfasste vier trophische Stufen: die AMF Isolate Glomus intraradices bzw. G. mosseae, den Wiesenfuchsschwanz (Phleum pratense), die Haferlaus (Rhopalosiphum padi) und eine die Blattläuse parasitierende Schlupfwespenart (Aphidius rhopalosiphi). Die Pflanzen wurden einzeln mit den AMF Isolaten inokuliert, zusätzlich gab es eine nicht inokulierte Kontrolle. Im Verlauf des Experiments wurden auf ein Drittel der Pflanzen Blattläuse gesetzt und auf ein weiteres Drittel Blattläuse und Schlupfwespen. Dieses faktorielle Design erlaubte es uns, die Effekte der AMF auf die einzelnen trophischen Ebenen zu analysieren.

Die Inokulation mit AMF bewirkte generell eine signifikante Erhöhung der Pflanzenbiomasse und eine signifikante Verringerung der Blattlauszahlen (Abb. 1). Zusätzlich wurde bei den mit G. mosseae inokulierten Pflanzen im Gegensatz zum rest­lichen Experiment die pflanzliche Biomasse nicht durch die Anwesenheit von Blattläusen reduziert, dies ist ein Hinweis auf eine höhere Toleranz der Pflanzen gegenüber dem Blattlaus­befall (Abb. 1a). Die Parasitierungsrate der Blattläuse sowie die Entwicklungszeit und das Schlupfgewicht der Schlupfwespen variierten in Abhängigkeit von den verwendeten AMF Arten. Dies zeigte sich besonders in der deutlichen Erhöhung des Schlupfgewichts und einer Verringerung der Entwicklungszeit der Schlupfwespen auf den mit G. mosseae inokulierten Pflanzen. Somit kann durch die Inokulation mit AMF die Anzahl von Blattläusen sowohl von Seiten der Pflanzen (bottom-up) als auch durch eine bessere Entwicklung der Schlupfwespen (top-down) kontrolliert werden. Den zweiten Effekt konnten wir unserem Experiment nicht näher untersuchen, da nur eine Generation von Schlupfwespen gebildet wurde, diese aber nicht erneut Blattläuse parasitierte. Interessanterweise bewirkte die Inokulation mit AMF jedoch keine Änderung in den Kohlenstoff- und Stickstoffgehalten der Blätter, was zeigt, dass sich die beobachteten AMF Effekte nicht auf eine einfache Verbesserung der Pflanzenernährung zurückführen lassen, sondern auf spezifischen Änderungen in der pflanzlichen Biochemie beruhen (s. auch Pozo und Azcón-Aguilar, 2007).

Abb. 1. Pflanzliche Biomasse (a) und Anzahl der Blattläuse (b) am Ende des 1. Experiments. Schwarze Balken = mit Blattläusen, weiße Balken = ohne Blattläuse. Unterschiedliche Buchstaben über den Balken zeigen signifikante Unterschiede zwischen den AMF Behandlungen, Sterne zeigen signifikante Reduktionen der Biomasse durch Blattläuse (Tukey-Test). Fehlerbalken zeigen Standardfehler.

Im Experiment 2 wurden im Gewächshaus Pflanzengemeinschaften aus sieben Pflanzenarten eines Graslandes (Arten s. Abb. 2) mit zwei kommerziellen AMF Inokula (Glomus intraradices und Gigaspora margarita) einzeln und kombiniert bzw. mit im Freiland gesammelten Wieseninokulum beimpft und mit einer nicht inokulierten Kontrolle verglichen. Zusätzlich wurde in die Hälfte der Gemeinschaften eine hemiparasitische Pflanze, der Kleine Klappertopf (Rhinanthus minor), gepflanzt. In diesem Experiment zeigte sich, dass die AMF verschiedene Pflanzenarten unterschiedlich beeinflussten und somit die Struktur der Gemeinschaft veränderten. Interessanterweise wurde die pflanzliche Produktivität der Gemeinschaften durch die AMF verringert (Abb. 3), was sich mit einer negativen mykorrhizalen Abhängigkeit der beiden dominanten Pflanzenarten Wolliges Honiggras (Holcus lanatus) und Spitzwegerich (Plantago lanceolata) begründen ließ. Parallel dazu wurde vor allem das Wachstum der Leguminosen (Vogelwicke Vicia cracca und Rotklee Trifolium pratense) gefördert, was zu einer gleichmäßigeren Biomasseproduktion in den unterschiedlich behandelten Gemeinschaften führte. Bei näherer Betrachtung der Biomasseproduktion der Einzelpflanzen wurde deutlich, dass jede der Pflanzenarten unterschiedlich auf die verschiedenen AMF Inokula reagierte (Abb. 2). Die beiden Leguminosen Vogelwicke und Rotklee profitierten besonders von den kommerziellen Inokula, die Vogelwicke unabhängig von der Identität des Inokulums, der Rotklee hingegen profitierte besonders von der Kombination der beiden Inokula. Der Spitzwegerich hingegen zeigte das beste Wachstum in den Gemeinschaften, die mit Wieseninokulum beimpft wurden. Der Große Sauerampfer (Rumex acetosa) und der Gewöhnliche Rotschwingel (Festuca rubra) zeigten dagegen keine eindeu­tigen Reaktionen auf die AMF Inokulate. Zusätzlich hatten die AMF einen positiven Einfluss auf den hemiparasitischen Kleinen Klappertopf, wodurch sie dessen negative Wirkung auf die Biomasse der Pflanzengemeinschaft erst induzierte (Abb. 2 und 3, s. S. 120).

Abb. 2. Oberirdische pflanzliche Biomasse der Einzelpflanzen am Ende des 2. Experiments. Horizontale Linien über den Balken zeigen signifikante Unterschiede zwischen den AMF Behandlungen, (orthogonale Kontraste). Fehlerbalken zeigen Standardfehler.

Abb. 3. Oberirdische pflanzliche Biomasse am Ende des 2. Experiments. Schwarze Balken = ohne Rhinanthus minor, weiße Balken = mit R. minor. Horizontale Linien über den Balken zeigen signifikante Unterschiede zwischen den AMF Behandlungen, (orthogonale Kon­traste). Fehlerbalken zeigen Standardfehler.

Beide Experimente zeigen deutlich, dass der Effekt der Inokulation mit AMF auf verschiedene Ebenen im Nahrungsnetz und auf verschiedene Pflanzenarten in einer Gemeinschaft nicht verallgemeinert werden kann, sondern immer in Abhängigkeit von der Identität der beteiligten Organismen gesehen werden muss. Aktuelle Studien legen zusätzlich nahe, dass verschiedene Familien innerhalb der AMF unterschiedliche Funktionen in der Interaktion mit ihren Wirtspflanzen über­nehmen (Powell et al., 2009), wobei Vertreter der Glomeraceae einen erhöhten Schutz ihrer Wirtspflanzen vor pathogenen Pilzen bewirken, Vertreter der Gigasporaceae hingegen die pflanzliche Phosphatversorgung verbessern. Dementsprechend ist zu erwarten, dass die Effekte von AMF Inokula in Abhängigkeit der jeweiligen Wirtspflanze, den Umweltbedingungen und den biotischen Interaktionen drastisch unterschiedliche Effekte auf das Wachstum ihrer Wirtspflanzen haben.

Die Anzucht, Vermehrung und Erziehung von Gehölzen erfordern seit jeher intensive und kostenaufwändige Produktions- und Kulturbedingungen und dementsprechende gärtnerische und auch biotechnologische Kenntnisse und Fertigkeiten. Auch unter optimalen Bedingungen führen die Kulturmaßnahmen in den Baumschulen naturgemäß zu Stresssituationen für die Pflanzen. So werden bei der Vermehrung, insbesondere bei der Veredlung ganze Pflanzenteile entfernt und müssen regeneriert werden. Bei der Verschulung und Auspflanzung, dies oftmals auch in Verbindung mit einem Substratwechsel, müssen sich die Pflanzen an neue Umweltbedingungen adaptieren und dabei den sogenannten „Pflanzschock“ überwinden. Die regelmäßigen Schnittmaßnahmen an Wurzeln und Sprossachsen fordern von den Baumschulpflanzen ständig die Fähigkeit zur Wundheilung und zum Regenerationswachstum. Auch die Berücksichtigung von Kundenwünschen kann in vielerlei Hinsicht zur Verstärkung von Stresssituationen führen, wenn z.B. die Baumschulware an geringere Nährstoffangebote und an Trockenheit adaptiert sein soll („Abhärten statt verwöhnen“).

Es ist zu erwarten, dass sich dieses ohnehin schon veritable Stresspotenzial durch neuere Entwicklungen noch verschärfen wird. Es sind vor allem die Klimaveränderungen und das sich damit ändernde Schaderregerpotenzial sowie die zunehmenden produktionstechnischen Beschränkungen bei der Auswahl von Boden- und Pflanzenbehandlungsmitteln, die zu einer weiteren, nachhaltigen Beeinträchtigung der Vitalität und der Gesundheit von Baumschulpflanzen führen können.

Wenngleich in der Baumschulpraxis das Interesse an der Anwendung von Mykorrhiza-Pilzen sehr groß ist, so ist doch sehr wenig darüber bekannt, in welchem Umfang und unter welchen Intentionen diese tatsächlich unter Praxisbedingungen zum Einsatz kommen. Es hat in den persönlichen Gesprächen immer wieder den Anschein, dass der Praxis validierte Beratungsaussagen zu den Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von Mykorrhiza-Pilzen unter praxisrelevanten Bedingungen fehlen. Die Verunsicherung über die tatsächlichen Wirkungen von Mykorrhiza-Pilzen in der Baumschulpraxis begründet sich oftmals auf eigene Erfahrungen oder aber auch auf einschlägige Erfahrungen von Berufskollegen. Gerade auch wegen den unzureichenden Kenntnissen über die ökophysiologischen Grundlagen der Mykorrhizierung werden beim Einsatz von Mykor­rhiza-Präparaten nicht selten vergleichbar dezidierte Wirkungsqualitäten erwartet, wie z.B. beim Einsatz von Düngemitteln zur Eliminierung von Nährstoffmängeln. Mykorrhiza-Pilz-Präparate werden demnach nicht als „eine Option, sondern eher als ein Versprechen verstanden“.

Es erscheint daher notwendig, von Seiten der angewandten Forschung und des staatlichen Versuchswesens verstärkt die Anwendung von Mykorrhiza-Pilzen unter den aktuellen Bedingungen und Problemstellungen der Baumschulen vor Ort wissenschaftlich zu begleiten, um hieraus valide Beratungsaus­sagen zu gewinnen.

Die „antiphythopathogene Potenz“ von Mykorrhiza-Pilzen zur Kontrolle bodenbürtiger Wurzelpathogene unter spezi­fischen Konstellationen ist in der Literatur umfassend dokumentiert (Caron, 1989; Whipps, 2004; Petit und Gubler, 2006; Feldmann, 2008). Es erscheint vor diesem Hintergrund durchaus angebracht, die Verwendung von Mykorrhiza-Pilzen nicht nur in Bezug auf physiologische Stresssituationen bei Baumschulpflanzen, sondern auch in Bezug auf Stressfaktoren aus Böden und Substraten zu evaluieren.

Bodenmüdigkeit. Die Bodenmüdigkeit äußert sich in verzögerter phänotypischer Entwicklung, geringerer Vitalität und nur selten in konkreten Schadbildern, wie z.B. Wurzelfäulen. Da in der Praxis häufig keine direkte Vergleichsmöglichkeit mit dem Phänotypus eines Gehölzes in gesundem Boden gegeben ist, wird in der Praxis Bodenmüdigkeit oftmals nicht erkannt. Dementsprechend ist die Bodenmüdigkeit nach Aussagen vieler Experten latent weiter verbreitet, als aktuell bekannt.

Es sind insbesondere Gehölze aus der Familie der Rosaceae, die von der Bodenmüdigkeit in herausragender Weise betroffen sind und nicht nur art-, sondern auch sortenspezifisch sensitiv reagieren. Bodenmüdigkeit wird von abiotischen Faktoren (Phytotoxine, Abreicherung spezifische Nährstoffe und Spurenelemente, extreme pH-Werte, Staunässe, etc.) und biotischen Faktoren (Pilze, Bakterien, Actinomyceten, Nematoden) ver­ursacht (Utkhede und Smith, 1994). Die Tatsache, dass Bodenmüdigkeit in den meisten Fällen durch eine chemische oder physikalische „Bodenentseuchung“ beseitigt werden kann, stellt biotische Faktoren direkt oder indirekt in das Zentrum des Ursachenkomplexes. Neuere Untersuchungen deuten daraufhin, dass die Bodenmüdigkeit bei Rosen durch Veränderungen in der Abundanz bzw. der Artenzusammensetzung der Bakte­rienflora in Verbindung mit spezifischen bakteriellen Ausscheidungsprodukten hervorgerufen wird (Sirrenberg et al., 2009). Je nach Pflanzenspezies und Bodenart kann die Bodenmüdigkeit sich innerhalb weniger Jahre entwickeln und wird als eine Nachbaukrankheit durch Monokulturen und fehlende oder eingeschränkte Flächenrotation gefördert.

Für die Sanierung müder Böden stehen in Deutschland auch in absehbarer Zeit keine chemischen Bodenentseuchungs­präparate mehr zur Verfügung, auch wenn in einzelnen Bundesländern unter besonderen Voraussetzungen nach § 11(2) PflSchG der Einsatz von Dazomet (Basamid^®) in Einzelfällen vorübergehend noch möglich ist. Physikalische Verfahren (Dämpfen, Solarisation) sind im Freiland extrem aufwändig und teuer. Um die Entwicklung der Bodenmüdigkeit zu vermeiden, müssen die Pflanzquartiere regelmäßig gewechselt und in eine ein- oder gar mehrjährige Ruhephase überführt werden. In diesem Zeitraum wird versucht, über eine Biofumigation durch Grüneinsaaten (Cruciferen) und durch die Zufuhr von organischer Masse (Miste) die biologischen Prozesse im Boden zu aktivieren und die „natürliche“ mikrobiologische Balance wieder herzustellen. Dies setzt allerdings ein umfangreiches Flächenmanagement und ausreichend geeignete Flächen voraus. Nachdem dabei in der Regel von den Baumschulen auf landwirtschaftliche Flächen zurückgegriffen wird, diese Flächen jedoch immer häufiger mit Monokulturen (z.B. Mais), ohne Fruchtwechsel, bewirtschaftet werden, wächst die Gefahr, auf diese Weise pathogene bodenbürtige Wurzelpilze wie z.B. Verticillium spp., Fusarium spp. und Nematoden (Pratylenchus spp.) sich regelrecht „einzuhandeln“. Gerade in Regionen mit hoher Baumschuldichte, stehen zudem nicht ausreichend Ausweichflächen zur Verfügung.

Die Bodenmüdigkeit gilt daher in den Baumschulen und bei Experten als eines der größten Probleme mit zunehmender Bedeutung und Brisanz.

In der einschlägigen Literatur wird über den erfolgreichen Einsatz von Mykorrhiza-Pilzen zur Vermeidung der Boden­müdigkeit bzw. zur Sanierung von müden Böden in Bezug auf Fruchtgehölze berichtet (Taube-Baab und Baltruschat, 1993; Waschkies et al., 1994; Szucs et al., 2008). Zu Erfahrungen mit dem Einsatz von Mykorrhiza-Pilzen im Zusammenhang mit Bodenmüdigkeit in Baumschulen liegen nach unseren Recherchen keine belastbaren Ergebnisse und Erfahrungen vor. Es erscheint daher durchaus angebracht, zu prüfen, ob mit Mykorrhiza-Pilzen Einfluss auf den Ursachenkomplex der Boden­müdigkeit genommen werden kann und in welcher Weise diese zu einer Verbesserung der anti-phytopathogenen Potenz im Boden, im Sinne einer Beseitigung oder Vermeidung der Bodenmüdigkeit beitragen können.

Verticillium-Welke. Bei den Erregern der Verticillium-Welke handelt es sich im Wesentlichen um die Arten V. albo-atrum, V. dahliae und V. longisporum. Sie sind Bodenpilze und weltweit verbreitet. Sie dringen über die Wurzeln, insbesondere über Wunden (Schnittmaßnahmen, Nematoden) in das Gefäß­system der Pflanzen, verstopfen mit ihren Pilzhyphen die Leitungsbahnen des Xylems der Wurzeln und Sprossachsen und setzen Toxine frei, so dass es nach Welkeerscheinungen am Austrieb zum Absterben von Trieben oder Stammteilen kommt. Die Verticillium-Welke befällt eine Vielzahl von Laubgehölzen, wobei Acer spec., Catalpa spec., aber auch Berberis spec. sich als besonders anfällig erweisen. Die Ausbildung von Mikrosklero­tien erlaubt V. dahliae und V. longisporum über Jahre im Boden virulent zu bleiben. Verticillium-Pilze sind bis in Bodentiefen von 90 cm anzutreffen. Aufgrund der hohen Pathogenität müssen befallene Pflanzenteile unverzüglich entfernt und entsorgt werden. Eine Bekämpfung des Pilzes im Boden, wie in der Pflanze, ist nicht möglich. Der Bodenaustausch wird zur Sanierung von befallenen Böden empfohlen. Die Aktivität der Verticillium-Pilze wird durch höhere Bodentemperaturen gefördert. Angesichts der Klimaveränderungen ist daher mit einer Verstärkung des Gefährdungspotenzials und auch mit Veränderungen in den Pathogenitätsmustern der lokalen Verticilliumpopulationen zu rechnen (Schubert et al., 2009). Hinzu kommt die zunehmende Gefahr der Einschleppung neuer Pathotypen durch den immer globaler werdenden Pflanzenhandel.

Baumschulen sind naturgemäß in ganz besonderer Weise für Verticillium-Infektionen disponiert. Häufige Schnittmaßnahmen und Verletzungen gerade an den Wurzeln der Baumschul­pflanzen, intensiver Pflanzenaustausch und Pflanzenzukauf sowie die Zunahme des bodenbürtigen Verticilliumpotenzials in den Baumschulquartieren (siehe Bodenmüdigkeit) und dazu gleichzeitig das Fehlen von Bekämpfungsmöglichkeiten lassen eine Zunahme der Verticilliuminfektionen in den Baumschulen erwarten. Unsere Recherche in Expertenkreisen ergab, dass in den letzten Jahren tatsächlich eine drastische Zunahme der durch Verticillium verursachten Schäden an Gehölzen und der Bodeninfektionen mit dem hochpathogenen V. dahliae regis­triert wurde.

Aufgrund des Mangels an direkten Bekämpfungsmaßnahmen kommt der Vorsorge und der Hygiene in den Baumschulen in Bezug auf Verticillium eine zunehmende Bedeutung zu. In diesem Zusammenhang wäre zu prüfen, inwieweit biologisch und biotechnisch mit indirekt wirkenden Verfahren der Kontakt bzw. die Infektion der Wurzeln mit den Verticillium-Pilzen vermieden werden kann. Es wäre weiterhin zu untersuchen, welche Organismen gegenüber Verticillium-Pilzen antagonis­tische Wirkungen auf der Basis trophischer bis antibiotischer Effekte erzielen können. Arbuskuläre Mykorrhiza kann Pflanzen gegen bodenbürtige Schaderreger schützen (Azcón-Aguilar und Barea, 1997). Es wird angenommen, dass der infolge der Mykorrhizierung erhöhte phenolische Stoffwechsel in den Wurzeln zur erhöhten Toleranz gegenüber bodenbürtigen Schad­erregern beiträgt (Morandi, 1996). Bei Tomaten und Baum­wolle wurde der Einsatz von Mykorrhiza-Pilzen zur Minderung der Schadensausprägung bereits erfolgreich getestet (Run-Jin, 1995; Karagiannidis et al., 2002). In Bezug auf Baumschulen liegen derzeit keine Erfahrungen und Erkenntnisse zur Kon­trolle bzw. zur Minderung der Verticillium-Welke durch Mykorrhiza-Pilze vor. Es wäre daher vor allem zu untersuchen, ob durch eine Vorinokulation der Wurzeln mit Mykorrhiza-Pilzen, im Sinne einer „Schutzbesiedlung“, die Wurzeln vor Verticil­lium-Befall geschützt werden können.

Stadtbäume sind seit jeher einer Vielzahl von vitalitäts­hemmenden Stressfaktoren ausgesetzt. Sie leben in einem künstlichen Umfeld, das durch beengte Baumgruben das Wurzelwachstum stark einschränkt, durch Bodenverdichtung häufig nur eine unzureichende Sauerstoff- und Wasserversorgung gewährt und bei Versiegelung den notwendigen Gasaustausch blockiert. Daneben leiden Stadtbäume in den Sommermonaten häufig unter Trockenstress und hohen Temperaturen, vor allem auch durch die nächtliche Rückstrahlung der Gebäude und versiegelten Flächen. Sie sind Schadstoffimissionen, Urin- und Salzbelastungen ausgesetzt und müssen Beschädigungen im Wurzel-, Stamm- und Kronenbereich tolerieren.

Durch die sich jetzt bereits abzeichnenden klimatischen Veränderungen mit zunehmendem Trockenstress im Sommer und insgesamt steigenden Durchschnittstemperaturen (Bsp. die Jahre 2003, 2006) sowie häufiger auftretenden Extremwetterereignissen wird die Stresssituation der Stadtbäume noch verstärkt. Das macht sie anfällig für bisher kaum in Erscheinung getretene (z.B. Prachtkäfer), aber auch einwandernde (z.B. wollige Napfschildlaus) oder eingeschleppte Schädlinge (z.B. asiatischer Citrusbockkäfer) und verschiedene pilzliche und bakterielle Erkrankungen, insbesondere Gefäßmykosen. Es zeichnet sich jetzt schon ab, dass eine Reihe von klassischen Stadtbaumarten in unseren Breiten den künftigen Anforderungen nicht mehr gewachsen sein wird, da sie den ästhetischen Ansprüchen an einen Straßenbaum nicht mehr genügen (Bsp. Kastanienminiermotte an Aesculus hippocastaneum), zu einer Gefährdung werden (Bsp. Bruchproblematik durch Massaria-Erkrankung an Platanen) oder gänzlich ausfallen (Bsp. Eschentriebsterben bei Fraxinus-Arten).

Die ausgewählten Baumarten wurden im Herbst 2009/Frühjahr 2010 an folgenden, bayerischen urbanen Standorten mit unterschiedlichen klimatischen Bedingungen je 8-fach (in Einzelfällen aus Platzgründen je 6-fach) aufgepflanzt:

In verschiedenen kontrollierten Glashaus- und Freiland­versuchen konnten vor allem unter Mangelbedingungen posi­tive Effekte auf das Wachstum und die Vitalität mykorrhiza-behandelter Sämlinge und Jungpflanzen verschiedener Baum­arten beobachtet werden (Dag et al., 2008; Kung’u et al., 2008; Oliveira et al., 2008; Schönfeld, 2006). Auch bei der Verwendung von Mykorrhizapräparaten bei Großbaumverpflanzungen und -sanierungen gibt es eine Reihe von positiven Erfahrungsberichten aus dem urbanen Bereich (Kutscheidt, 2006), jedoch liegen kaum experimentell abgesicherte Erkenntnisse über die Wirksamkeit dieser Präparate vor. Die Behandlung von innerstädtisch gepflanzten Quercus palustris, Quercus phellos und Acer rubrum mit Pisolithus tinctorius (Appleton et al., 2003) ergab bei keiner der Arten einen erhöhten Stammzuwachs; allerdings wurden die Bäume nicht längerfristig, sondern nur nach 6 Monaten bzw. einem Jahr untersucht, obwohl mögliche Effekte erst nach zwei Jahren auftreten können (Garbaye und Churin, 1996). Eine italienische Arbeitsgruppe (Fini und Ferrini, 2009a, 2009b) fand dagegen im Rahmen eines 3-Jahres-Projekts bei Celtis australis und Fraxinus excelsior, die bei der Pflanzung an Straßenstandorten mit arteigenem Inokulum behandelt worden waren, bereits in den ersten beiden Jahren nach der Inokulierung Effekte: die behandelten Zürgelbäume zeigten sowohl einen höheren Stamm- als auch Triebzuwachs als die Kontrollbäume, während bei den Eschen nur Unterschiede im jährlichen Triebzuwachs gefunden wurden. Allerdings wurden weder zu Beginn noch im Verlauf der Untersuchung das Mykorrhiza-Artenspektrum der Bäume, der Mykorrhizierungsgrad der Wurzeln oder der Sporengehalt im Baumsubstrat analysiert, um den kausalen Zusammenhang zwischen Inokulation und beobachteten Effekten zu untermauern.

Entsprechend der spärlichen Datenlage wird der Einsatz von Mykorrhiza in der Fachpraxis sehr kontrovers diskutiert. Durch die hohe multifaktorielle Stressbelastung und die immer schwieriger werdenden Rahmenbedingungen an den Straßen­standorten (s.o.) ist zu erwarten, dass der Einsatz von Mykorrhiza-Pilzen den „Pflanzschock“ bei Stadtbäumen mildert und das Wachstum und die Gesundheit der gepflanzten Bäume fördert. Darüber hinaus könnten sich Freilandinokulationen bei urbanen Baumpflanzungen als notwendig erweisen, weil die neuartigen Stadtbaumsubstrate artifizielle Mischungen dar­stellen, die zur Vermeidung des Eintrags von bodenbürtigen Krankheitserregern im Normalfall kein Oberbodenmaterial enthalten. Da der Anteil organischer Masse sehr gering ist (s.o.), dürften kaum Mykorrhizasporen vorhanden sein.

Um die Wirksamkeit von Mykorrhizaeinsatz bei Baumpflanzungen zu testen, wurde in allen Städten bei je 4 der 8 Bäume (bzw. 3 von 6 Bäumen, s.o.) einer Art bei der Pflanzung ein Mykorrhiza-Präparat eingestreut. Dabei wurde entsprechend des Mykorrhizatyps der einzelnen Versuchsbaumarten eine artgerechte Mykorrhiza eingesetzt (Tab. 1). Bäume mit Stamm­umfang 16/18 oder 18/20 cm erhielten 0,5 l, Bäume mit Stammumfang 20/25 cm 0,8 l der Mykorrhizapräparate „Hydro“ oder „Forst“ der Fa. INOQ. In Würzburg, dem Standort, der am intensivsten untersucht wird, wurden den Kontroll­bäumen entsprechende Mengen des hitzesterilisierten Mykorrhizapräparates bei der Pflanzung zugegeben. An den anderen beiden Standorten wurden die Kontrollbäume ohne sterilisiertes Mykorrhizapräparat gepflanzt.

Das arbuskuläre Mykorrhizapräparat „Hydro“ (AM), das Lava (pH 7,5) als Trägersubstanz hat, enthält die Arten Glomus etunicatum, Glomus intraradices und Glomus claroideum mit insgesamt 210 Mykorrhizaeinheiten (ME) pro cm³ Substrat. Das ektomykorrhizahaltige Substrat auf Torfbasis „Forst“ (EM, pH 6,7) enthält neben den arbuskulären Arten mit 170 ME/cm³ die Ektomykorrhizaarten Heleboma crustuliniforme, Paxillus involutus, Pisolithus tinctorius, Laccaria laccata, Amanita mus­caria, Boletus edulis, Thelephora terrestris und Xerocomus badius mit insgesamt 95 ME/cm³. Da Alnus glutinosa-Sämlinge in einer Rekultivierungsmaßnahme sehr gut auf ein EM-Präparat (Artenzusammensetzung: Pisolithus tinctorius, Heleboma crustuliniforme, Laccaria laccata, Lactarius piperatus, Paxillus involutus) ansprachen (Oliveira et al., 2008), wurde Alnus spaethii ebenfalls mit EM behandelt. Zusätzlich erhielten die Purpur­erlen je 0,5 l Frankia alni Suspension, einem stickstofffixierenden Aktinomyzeten, mit denen Erlen an natürlichen Standorten vergesellschaftet sind.

Repräsentativ für alle Standorte werden von den Würzburger Pflanzungen die Ballensubstrate aller Baumarten auf den Gehalt an Mykorrizasporen, sowie die Mykorrhizierung der Feinwurzeln untersucht. Dies, wie auch die Untersuchung der Baumsubstrate von allen drei Standorten soll klären, wie stark Baumschulware bereits mykorrhiziert ist und wie hoch der Sporengehalt der verwendeten künstlichen Baumsubstrate ist oder ob sie weitgehend mykorrhizafrei sind.

Vorbehaltlich weiterer Projektförderungen werden diese Ersterhebungen auch für die übrigen Standorte durchgeführt und können als Ausgangsbasis dienen, um in den Folgejahren die Effekte der Mykorrhizapräparate auf die Besiedelung der Wurzeln zu untersuchen und die möglicherweise daraus resultierenden phänotypischen Effekte an den Bäumen wie erhöhte Stresswiderstandsfähigkeit und Vitalität zu verifizieren.

Bodenmüdigkeit ist ein phytopathologisches Problem, das bereits im 17. Jahrhundert beschrieben wurde (Worlidge, 1698, zitiert nach Otto, 1992). Die Krankheit tritt bisher vor allem im Apfelanbau, aber auch an anderen Pflanzen der Familie Rosaceae auf. Eine alte, im wesentlichen heute noch gültige Definition bezeichnet Bodenmüdigkeit als „… der durch wiederholten Anbau eintretende Verlust der Eignung eines Bodens, einer bestimmten oder ähnlich wirkenden Pflanzenart als Substrat zu dienen, dessen Ursache nicht bekannt, aber pflanzenspezifisch ist“ (Klaus, 1939). In Deutschland befasste sich mit diesem Thema in der Vergangenheit am intensivsten die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. G. Otto und Dr. H. Winkler in Dresden-Pillnitz. Da die Ursachen der Bodenmüdigkeit nach wie vor nicht geklärt sind und das Problem im Pflanzenbau nach wie vor aktuell ist, fand am 03.03.2011 im Institut für Pflanzenschutz in Gartenbau und Forst des Julius Kühn-Instituts (JKI) in Braunschweig ein Fachgespräch zu diesem Thema statt. Eingeladen waren Baumschuler, Berater, Kollegen der Pflanzenschutzdienststellen, Vertreter der Berufsverbände und Wissenschaftler, die mit diesem Thema befasst sind, sowie je ein Vertreter des Bundesamtes für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) als Zulassungsbehörde für Pflanzenschutzmittel und des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV).

Das Fachgespräch hatte zum Ziel, einen Überblick über die aktuelle Situation und über den Stand der Forschungsarbeiten zu diesem Thema in Deutschland zu erhalten. Die Schwerpunkte der Vorträge lagen daher zunächst auf der Darstellung der aktuellen Situation in den verschiedenen Kulturen. Betroffen sind zurzeit vor allem Apfel- und Rosenkulturen aber auch Rebschulen. In den Rebschulen treten Nachbauprobleme sehr verstärkt auf, seit die Pflanzreihen der jungen Reben mit Folie abgedeckt werden. Dies legt den Schluss nahe, dass es sich bei den Wuchsdepressionen in der Rebenvermehrung um andere Ursachen als die klassische Bodenmüdigkeit bei Rosaceen handelt. In weiteren Vorträgen wurden bisherige Forschungsschwerpunkte zum Thema Bodenmüdigkeit und die aktuelle Zulassungssituation vorgestellt. Die Forschungsschwerpunkte liegen zurzeit vor allem im Bereich Nachweis und Bekämpfung. Da der Einsatz von Bodenentseuchungsmitteln nur beschränkt möglich ist bzw. keine entsprechenden zugelassenen Pflanzenschutzmittel zur Verfügung stehen, wird intensiv nach vorbeugenden alternativen Bekämpfungsverfahren gesucht.

Zum Schluss des Fachgesprächs erstellten die Teilnehmer in einer gemeinsamen Diskussion eine Liste mit den wichtigsten Punkten, die zukünftig im Bereich Bodenmüdigkeit untersucht werden sollten:

Vom Präsidenten des Julius Kühn-Instituts – Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen wurden in den Fachbeirat Geräte-Anerkennungsverfahren berufen:

Aus dem Fachbeirat Geräte-Anerkennungsverfahren sind ausgeschieden:

Heinz Ganzelmeier (JKI Braunschweig)

Am 21.02.2011 verstarb nach schwerer Erkrankung im 82. Lebensjahr Herr Dr. rer. hort. Klaus Krämer, Leiter des hessischen Pflanzenschutzdienstes von 1973 bis 1991.

Dr. Klaus Krämer, geb. am 08.06.1929, war von 1956 bis zu seiner Versetzung in den Ruhestand 1991 beim damaligen Pflanzenschutzamt Frankfurt am Main, später Hessisches Landesamt für Ernährung, Landwirtschaft und Landentwicklung – Pflanzenschutzdienst tätig.

Nach einer Gärtnerlehre beim Lehr- und Versuchsgut Groß-Umstadt legte Dr. Krämer am 18.03.1952 die Gärtnergehilfenprüfung ab. Das Studium des Gartenbaues von 1952 bis 1955 an der Technischen Hochschule in Hannover beendete er mit der Diplomprüfung. Im Januar 1956 begann sein Vorbereitungsdienst für den höheren landwirtschaft­lichen Dienst als „Pflanzenschutzleiter“. Nach Ablegung der Staatsprüfung am 14.02.1958 war er zwei Jahre und drei Monate aushilfsweise beim Pflanzenschutzamt beschäftigt. Während dieser Zeit erfolgte am 28.02.1959 an der Technischen Hochschule Hannover am Institut für Pflanzenkrankheiten und Pflanzenschutz die Promotion zum Doktor der Gartenbauwissenschaften mit dem Thema „Beiträge zur Biologie, Ökologie und Bekämpfung der Ebereschenmotte (Argyresthia conjugell Zell.) an Apfel und an Eberesche in Hessen“.

Am 01.06.1960 wurde Dr. Krämer als wissenschaftlicher Sachbearbeiter am Pflanzenschutzamt Frankfurt/Main eingestellt, zu Beginn als Dezernent für den Bereich Warndienst. Im April 1970 wurde ihm die stellvertretende Leitung und ab 1973 die kommissarische Leitung des Pflanzenschutzamtes Frankfurt/Main übertragen. Nach Zusammenlegung der Pflanzenschutzämter Frankfurt/Main und Kassel im Jahre 1978 bis zu seiner Versetzung in den Ruhestand am 31.08.1991 war er der Leiter des hessischen Pflanzenschutzdienstes.

Dr. Klaus Krämer war Pflanzenschützer aus Berufung.

Nach seiner Versetzung in den Ruhestand hielt er weiterhin, auch nach der Verlegung der Dienststelle von Frankfurt nach Wetzlar, den Kontakt zu seinem Amt und den ehemaligen Arbeitskolleginnen und -kollegen. Bis zu seinem Tod war er als Mitglied der Deutschen Phytomedizinischen Gesellschaft (DPG) an den aktuellen Geschehnissen des Pflanzenschutzes interessiert. Regelmäßig besuchte er, sofern es seine Gesundheit zuließ, die Ländertagungen der DPG und die Arbeitstagungen des Hessischen Landesarbeitskreises Pflanzenschutz. Noch wenige Wochen vor seinem Tod besuchte er den Pflanzenschutzdienst Hessen an seinem jetzigen Standort in Wetzlar, um sich über die dortige Situation und die aktuellen Fragen des Pflanzenschutzes zu informieren.

Dr. Klaus Krämer hat sich um den Pflanzenschutz in Hessen große Verdienste erworben. Sein Tod hinterlässt in seiner Familie aber auch in Pflanzenschutz-Fachkreisen eine große Lücke.

Wir trauern mit seiner Gattin, seinen Kindern und Angehörigen um einen fähigen, seriösen und netten Menschen und ehemaligen Vorgesetzten.

Martin Kerber
(Regierungspräsidium Gießen, Pflanzenschutzdienst Hessen)