Zusammenfassung
Schnellwachsende Baumarten der Familie Salicaceae wie Pappeln (Populus spp.) und Weiden (Salix spp.) können unter natürlichen Bedingungen dual mykorrhiziert sein, d. h. sie bilden eine arbuskuläre Mykorrhizierung und eine Ektomykorrhizierung (EM) aus. Pappeln und Weiden werden in Kurzumtriebsplantagen (KUP) zur Energieholzverwertung angebaut. Zu den wirtschaftlich bedeutsamsten Krankheitserregern dieser Baumarten zählen die Rostpilze der Gattung Melampsora spp., die einen verfrühten Blattabfall und somit einen Biomasseverlust von bis zu 40% in Plantagen verursachen können. Ein weiteres Problem zeigt sich in dem natürlichen Phänomen, dass Resistenzen gegenüber Rostpilzen nach ca. 10 Jahren von Pathogenen mit veränderten Virulenzen überwunden werden können.

Bei der simultanen Besiedlung mit Ektomykorrhizapilzen und Rostpilzen auf Pappeln oder Weiden teilen sich diese Pilze die Assimilate der gemeinsamen Wirtspflanze, was zu einer Konkurrenzsituation führt. Die Interaktion zwischen EM und Rostpilzinfektion an der gleichen Wirtspflanze wurde bisher nicht untersucht, obwohl durch konkurrierende Assimilatnutzung der Pilze eine gegenseitige Beeinflussung vorhanden sein sollte. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Untersuchung dualer Pilzbesiedlung an Wurzel und Blatt im definierten Modellversuch und die Validierung der Ergebnisse des Modellversuchs im Feld im Bewirtschaftungssystem Kurzumtrieb.

Im Modellversuch wurden der EM Pilzstamm Hebeloma mesophaeum (Pers.) Quélet MÜN, dem Rostpilzisolat (R) Melampsora larici-populina (Mlp, Isolat 98AG31) Moÿ-de-l’Aisne, Frankreich sowie einem Rostpilz-anfälligen Pappelklon (P. trichocarpa × deltoides cv. `Beaupré`) unter optimalen Umweltbedingungen im Gewächshaus kombiniert. Die blattchemische Zusammensetzung wurde mittels photometrischer Analysen sowie Flüssig-Chromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) und Pyrolyse-Feldionisation Massenspektrometrie (Py-FIMS) nach viermonatiger Vegetationsperioden mit und ohne Pilzinokulation und mit einzelner und dualer Inokulation mit dem EM Pilzstamm und dem Rostpilzisolat untersucht.

Im Feldversuch wurden in Kurzumtriebsplantagen (KUP) wurden sechs Pappelklone (drei resistent, drei anfällig gegen Rostpilzbefall) sowie sieben Weidenklone (drei anfällig, vier resistent) am Standort Gülzow (Deutschland) und sechs Weidenklone (drei anfällig, drei resistent) der Art Salix viminalis am Standort Uppsala (Schweden) auf ihre Mykorrhizierung, Rostpilzinfektion und Blattchemie untersucht. Zur Erfassung von Abundanz und Diversität der Ektomykorrhizierung erfolgte eine morphologisch-anatomische Charakterisierung der Feinwurzeln in Kombination der molekularbiologischen Identifikation der Pilzpartner (ITS-, LSU-Sequenzierung).

Rostpilzinfektion sowie EM-Besiedlung führten im Modellversuch zu einem erhöhten Anteil kondensierter Tannine an den Gesamtphenolen in den Blättern (13% in der Kontrolle, 18% bis 19% in den pilz-inokulierten Varianten). Weiterhin führte die singuläre Rostpilzinfektion (R) und in Kombination mit Ektomykorrhizierung (EM+R) zu erhöhten Konzentrationen von Salizylsäure in den Blättern (R: 17,9 μg g-1; EM+R: 25,4 μg g-1) im Vergleich zur Kontrolle (6,8 μg g-1). Rostpilzinfektion führte zu signifikanter Verringerung der Konzentration von sechs Flavonoiden sowie einem Lipid, die in der Pflanzenabwehr involviert sind. Ektomykorrhizierung führte im Modellversuch zu einer erhöhten Produktion von Sekundärmetaboliten, die zur Abwehr von Rostpilzinfektionen beitragen und lässt daher eine verbesserte Rostpilzresistenz an mykorrhizierten Pflanzen vermuten.

Im Feldversuch in der KUP Gülzow wurde die in der Literatur beschriebene gattungsspezifisch höhere Ektomykorrhzierungsrate an Pappel- gegenüber Weidenklonen bestätigt (Pappeln: 80,7%; Weiden: 36,7% der untersuchten Feinwurzelspitzen). Als Pilzpartner der Ektomykorrhizierung konnten innerhalb der Basidiomyceten Inocybe spp., Scleroderma bovista, Scleroderma fuscum, Russula spp. und ein kombinierter EM-Typ mit Tomentella spp. und Russula spp. identifiziert werden. Pezizales als Vertreter der Ascomyceten wurden nur an einem Weidenklon (S. × dasyclados) mit einer Besiedlungsrate von 1,5% der untersuchten Feinwurzelspitzen nachgewiesen. Inocybe spp. waren die dominierenden EM Pilzpartner von Pappel- und Weidenklonen; an Weidenklonen zählte auch der kombinierte Morphotyp mit Beteiligung der Pilzpartner Tomentella spp./Russula spp. zu den dominanten EM-Typen.

In der KUP Uppsala wiesen die S. viminalis Klone eine vergleichsweise geringe Ektomykorrhizierungs-rate auf (Orm: 4,8% der untersuchten Feinwurzelspitzen; 78183: 18,6% der untersuchten Feinwurzelspitzen) wie dieses bereits für einen anderen S. viminalis Klon im Vergleich zu zwei deutschen Standorten von Baum et al. (2002) beschrieben wurde. Eine mögliche Ursache ist neben dem Einfluss des Genotyps, der Einfluss der Bodentextur. Ein hoher Tonanteil kann zu einer geringeren Ektomykorrhizierungs-Ausbildung an schnellwachsenden Baumarten führen (Baum et al. 2000). Die identifizierten Morphotypen konnten zu Ascomyceten (Tuber rapaeodorum, Tuber spp., Geopora spp.) und Basidiomyceten (Tomentella botryoides, Truncatella spp., Russula laccata, Russula spp.) zugeordnet werden. Dominierende EM-Pilzpartner waren Russula spp. und Tuber spp..

Ein Einfluss der Faktoren Rostpilzanfälligkeit, Baumart sowie ihrer Interaktion auf die Mykorrhizierungsrate wurde in der KUP Gülzow nur für die Pilzart Scleroderma bovista festgestellt. In Bezug auf die blattchemische Zusammensetzung konnte nur in der KUP Gülzow ein signifikanter Einfluss der Rostpilzanfälligkeit auf die SA Konzentration ermittelt werden.

Die Ergebnisse der Feldversuche bestätigen den dominanten Einfluss des Wirtspflanzen-Genotyps auf die Mykorrhizierung. Das Beispiel Scleroderma bovista belegt, dass signifikante Zusammenhänge zwischen Mykorrhizierung und Rostpilzanfälligkeit in bestimmten Wirtspflanze-EM-Pilzpartner-Kombinationen möglich sind, jedoch in der Gesamtabundanz von Mykorrhizierung und Rostpilzbefall nicht nachgewiesen werden konnten. Es ist davon auszugehen, dass es in KUPs zu signifikanten Einflüssen der Mykorrhizierung auf den Rostpilzbefall kommen kann, dies jedoch von der Genotyp-Kombination (Wirtsklon-EM-Pilzpartner) und den Standortbedingungen abhängt.