Forschungsprojekt 2016 - 2018
Biologische Untersuchungen innerhalb des Projektes "Ressourcenschonender Fruchtgemüseanbau im erdelosen Anbau im Gewächshaus mit größtmöglicher Rückstandsreduktion" am Fachzentrum Analytik

Pilzmycel von <i>Fusarium</i> sp. unter dem Mikroskop

Pilzmycel von Fusarium sp. unter dem Mikroskop

Die Vielfalt der Mikroorganismen in Substraten und in der Rhizosphäre der Pflanzen ist für die Nährstofffreisetzung und die Nährstoffdynamik in den Substraten und damit auch für die Ernährung und Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegenüber abiotischem und biotischem Stress von grundlegender Bedeutung. Erdelose Substrate verfügen von Natur aus über eine vergleichsweise beschränkte Mikroorganismenflora. Es erscheint daher angeraten, die Belebung dieser Substrate mittels geeigneter Mikroorganismenpräparten zu initiieren und zu fördern. In diesem Forschungsvorhaben werden marktgängige Mikroorganismenpräparate eingesetzt und deren Verhalten vergleichend beobachtet und mikrobiologisch erfasst.

Ziele

  • Charakterisierung der im Projekt eingesetzten Präparate zur biologischen Substrataktivierung
  • Nachverfolgung der eingebrachten Mikroorganismen im Substrat, im Drainwasser und in den Wurzeln
  • Prüfung der antiphytopathogenen Potenz der Präparate anhand von Modellversuchen

Methoden

Probenahme an den SubstratsäckenZoombild vorhanden

Probenahme an den Substratsäcken

Im Projektzeitraum werden beim Anbau von Tomaten und Gurken unter Glas mikrobiologische Präparate in unterschiedlichen erdelosen Substraten angewendet. Von diesen Substraten werden regelmässig Proben direkt unterhalb der Pflanzwürfel entnommen. Ebenso werden vom Drainwasser Proben gezogen.
Für die Charakterisierung der Mikroorganismen, sowohl in den eingesetzten Präparaten, als auch in den Substraten und im Drainwasser, werden Suspensionen in mehreren Verdünnungsstufen auf Nährmedien inkubiert. Die Substratproben müssen zuvor in einer Kugelmühle zerkleinert werden, damit eine homogene Suspension hergestellt werden kann. Durch Auszählen wird die Lebendkeimzahl bestimmt. Unterschiedliche Kolonien werden isoliert und weiter kultiviert. Anschließend werden sie morphologisch und mikroskopisch beurteilt und mit Hilfe von physiologischen Tests differenziert. Die daraus resultierenden Bestimmungen der Mikroorganismen werden durch molekularbiologische Sequenzierung abgesichert.
Isolierung und Kultivierung der Mikroorganismen

Isolierung und Kultivierung der Mikroorganismen

Morphologie

Morphologie

Von den Präparaten, die Endomykorrhizasporen enthalten, werden ebenfalls Suspensionen hergestellt. Diese werden über eine Siebkombination aufgetrennt. Nach der Auftrennung wird der Inhalt mikroskopisch auf das Vorhandensein von Sporen untersucht.
Siebkombination

Siebkombination

Endomykorrhizasporen zwischen feinen Partikeln einer Präparatsuspension

Endomykorrhizasporen zwischen feinen Partikeln einer Präparatsuspension

Erste Ergebnisse

Präparate
Präparat Keimzahl-
bestimmung
Mittelwert (KBE/ml)
Keimzahlbestimmung
Herstellerangabe (KBE/g)
qualitative Bestimmung
nachgewiesener Mikroorganismen
qualitative Bestimmung
Herstellerangaben
Tmix 6,6x106 keine Angaben Trichoderma sp.
Pseudomonas brassicacearum
Bacillus amyloliquefaciens
Trichoderma
Pseudomonas
Streptomyceten
Bacillus

symbiontische Endomykorrhiza
Bactiva 7,9 x 106 108 (Pilze)
108 (Bakterien)
Trichoderma sp.
Bacillus amyloliquefaciens
Trichoderma harzianum
T. reesei
T. viride
Gliocladium virens

Rhizobakterien (PGPR)
Endodrip 7,6 x 107 3x106 (Pilze)
2x109 (Bakterien)
Trichoderma sp
Bacillus amyloliquefaciens
Bacillus pumilus
Bacillus licheniformis

Endomykorrhizasporen
Trichoderma harzianum
T. reesei
T. viride
Gliocladium virens

Rhizobakterien (PGPR)
TH-Promotor 5,2 x 106 keine Angaben Trichoderma sp. Trichoderma spp.

Substrate

Sämtliche Ergebnisse der Substratuntersuchungen basieren aktuell noch auf Einzelwerten und sind darum als vorläufig anzusehen.

Vegetationsperiode 2016

Vegetationsperiode 2016 Bakterien

Die Bakterienkeimzahl steigt zwischen der ersten und der letzten Probenahme, sowohl in der Kokos-, als auch in der Steinwollvariante an. Die Keimzahl fällt im Standard hingegen ab. Dies ist ein Hinweis darauf, dass sich Mikroorganismen im Vegetationszeitraum in den Kokossubstraten ansiedeln und vermehren können.
Neben anderen Gattungen werden überwiegend Bacillus sp. und Streptomyces sp. identifiziert.

Vegetationsperiode 2016 Pilze

Die Gesamtkeimzahl der Pilze ist in den Steinwollvarianten meist leicht erhöht gegenüber den Kokosvarianten.
Allerdings wächst Trichoderma sp. in den Proben der Steinwollvarianten so gut wie gar nicht, wohingegen er in den Kokosvarianten durchaus isoliert werden kann.
Vegetationsperiode 2017
Im Kokossubstrat ist, im Gegensatz zum Perlit, bereits ohne Anwendung von mikrobiologischen Präparaten eine Mikroflora vorhanden, die überwiegend aus Bacillus sp. und Streptomyces sp. besteht.
Im Perlit konnten bislang nur sehr geringe Koloniezahlen isoliert werden. Weitere Untersuchungen müssen zeigen, ob Perlit überhaupt für die Ansiedelung von Mikroorganismen geeignet ist.

Modellversuche zur antiphytopathogenen Potenz der Präparate

Inokulation von Gurkenpflanzen mit dem Phytopathogen Pythium ultimum
Für die Inokulation des Phytopathogens wird Pythium ultimum in einer Hirse-Wasser-Suspension kultiviert. Mit dem daraus gewonnenen Überstand werden die Gurkenpflanzen, die zuvor in drei unterschiedlichen Varianten mit Präparaten behandelt wurden, inokuliert.
Die Pathogenität des Inokulats wird an Gurkensamen in vitro überprüft. Hierfür wird ein Teil der Samen mit dem Überstand der Hirse-Wasser-Suspension mit Pythium ultimum , der andere Teil mit Leitungswasser, inkubiert.


Gurkensamen vor der Inkubation

Gurkensamen vor der Inkubation

Gurkensamen nach 5 Tagen Inkubation mit der <i>Pythium ultimum</i>-Suspension

Gurkensamen nach 5 Tagen Inkubation mit der Pythium ultimum-Suspension

Gurkensamen nach 5 Tagen Inkubation mit Leitungswasser

Gurkensamen nach 5 Tagen Inkubation mit Leitungswasser

Hemmung des Phytopathogens Fusarium durch Mikroorganismen, die aus den Präparaten isoliert wurden
Um den Einfluss der isolierten Mikroorganismen aus den Präparaten gegenüber dem Phytopathogen Fusarium zu zeigen, werden sie zusammen auf einem festen Nährmedium inkubiert.

Isolierte Mikroorganismen aus den Präparaten
1 Bacillus amyloliquefaciens aus Tmix
2 Pseudomonas brassicacearum aus Tmix
3 Bacillus amyloliquefaciens aus Endodrip
4 Bacillus pumilus aus Endodrip
5 Bacillus licheniformis aus Endodrip
6 Bacillus amyloliquefaciens aus Bactiva
7 Bacillus amyloliquefaciens aus TH Promotor
Trichoderma atroviride aus Tmix
Trichoderma harzianum aus TH Promotor
Fusarium

Fusarium

Bei allen Bacillus amyloliquefaciens-Isolaten ist eine deutliche Hemmung gegenüber Fusarium sp. zu sehen, wohingegen Pseudomonas brassicacearum, Bacillus pumilus und Bacillus licheniformis das Phytopathogen nicht im Wachstum einschränken.
<i>Fusarium T.</i>

Fusarium T.

Trichoderma sp. breitet sich dominant über die Platten aus, bzw. überwächst sogar das Phytopathogen.
Eine abschliessende Bewertung zur antiphytopathogenen Potenz der eingesetzten Mikroorganismen kann zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht abgegeben werden.

Ausblick

Die bisher erzielten Ergebnisse sind vielversprechend hinsichtlich einer umfangreichen Beschreibung der mikrobiologischen Vorgänge in den Substraten. Weitere Proben werden bearbeitet, um die getroffenen Aussagen abzusichern. Eine wesentliche Aufgabe dabei ist es, die Aktivität der Mikroorganismen zum Zeitpunkt der biotischen und abiotischen Stresssituationen zu erfassen, insbesondere, weil bei den mit Präparaten behandelten Varianten eine Ertragssteigerung im Falle des biotischen Stresses festgestellt werden konnte. Um die antiphythopathogene Potenz der eingesetzten Mikroorganismen zu beurteilen, ist ein Herausarbeiten des Auftretens und der Wirkung derselben notwendig. Durch die Untersuchung der gesammelten Drainwasserproben soll abgeschätzt werden, zu welchem Anteil die Mikroorganismen in den verschiedenen Substraten verbleiben, oder ob sie mit dem Drainwasser ausgespült werden.
Projektdaten:
Projektleitung: Gerd Sander, Oskar Kreß (beide LWG, Institut für Erwerbs- und Freizeitgartenbau), Josef Valentin Herrmann (LWG, Fachzentrum Analytik)
Projektbearbeiter: Martin Schulz (LWG, Institut für Erwerbs- und Freizeitgartenbau), Bettina Barth (LWG, Fachzentrum Analytik)
Projektpartner: Amt für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (AELF) Kitzingen; Gartenbauzentrum (GBZ) Bayern Nord; Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HWST); Erzeugerring für Gemüse Main-Dreieck e.V.; Gemüseerzeugerring Knoblauchsland e.V.
Laufzeit: 01.01.2016 bis 31.12.2018
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF)
Förderkennzeichen: A/16/01