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5.  Diskussion und Schlussfolgerungen

5.1. Einfluss spezieller Rhizosphärenbakterien auf die Pflanzenent­wicklung unter praxisnahen Feldbedingungen

Die Untersuchungsergebnisse der Freilandversuche dokumentieren deutlich, dass die Auswirkungen der geprüften Mikroorganismen, je nach Applikationsmodus und Entwicklungszustand der Pflanzen, sehr unterschiedlich ausfallen und differenziert zu bewerten sind. Während die Bakterisierung einjähriger Rhizome in Verbindung mit Gießapplikationen zunächst kaum Einfluss auf das Triebwachstum hatte, zeigten die Spargelpflanzen im ersten Erntejahr eine auffallende Reduktion der Triebentwicklung. Bakterielle Saatgutnassbeizung und zusätzliche Gießbehandlungen erbrachten hingegen eine Förderung der ober – und vor allem unterirdischen Pflanzenentwicklung.

Obwohl die Resultate der Triebentwicklung weder im Aussaatversuch noch im Jungpflanzenversuch signifikante Ausprägungen zeigten, lassen sie dem Trend nach vermuten, dass ein Zusammenhang zwischen einer phytoeffektiven Wirkung der geprüften Rhizosphärenbakterien und der angewendeten Applikationstechnik besteht. Diese Schlussfolgerung wird durch eine Reihe von Untersuchungsergebnissen mit verschiedenen Rhizosphärenbakterien unterstützt. So konnten ELSHERIF und GROSSMANN (1991) bei zahlreichen Isolaten von Pseudomonas fluorescens und Pseudomonas putida eine Abhängigkeit des Bekämpfungserfolges gegen verschiedene bodenbürtige Pathogene von der verwendeten Applikationsform nachweisen. Generell erwies sich eine Gießbehandlung unmittelbar zur Aussaat wesentlich günstiger als eine Wurzelbehandlung der Sämlinge. Diese Autoren registrierten bei Chinakohlpflanzen nach Wurzeltauchung in einer Pseudomonas spp. – Lösung bei der Mehrzahl der geprüften Isolate einen signifikant höheren Befall mit Plasmodiophora brassicae im Vergleich mit einer Gießbehandlung. In Untersuchungen von MOHAMMADI und LAHDENPERÄ (1994) wurden durch eine Saatgutbakterisierung mit Streptomyces griseus (Mycostop®) bei Blumenkohl deutliche Wachstumsvorteile gegenüber einer Bodenbehandlung erzielt, bei der sogar ein gehemmtes Pflanzenwachstum verzeichnet wurde, das auf eine zu hohe Anreicherung von Streptomyces-Sporen in der Rhizosphäre mit möglichen phytotoxischen Folgen zurückgeführt wird. Einjährige Spargelrhizome besitzen aufgrund ihrer vielen Speicher- und Faserwurzeln eine große spezifische Oberfläche, die im Tauchverfahren gänzlich mit der Mikroorganismensuspension benetzt wird. Es ist zu vermuten, dass es bei dem eingesetzten [Seite 106↓]Titer von 2 x 108 cfu/ml und der 15- minütigen Tauchphase zu einer hohen Akkumulation von Sporen auf den Wurzeloberflächen kam, die dann im weiteren Versuchsverlauf in Verbindung mit den additionalen Gießapplikationen womöglich zu einer phytotoxischen Konzentration in der Rhizosphäre führte. SMITH et al. (1990) stellten fest, dass durch Wurzeltauchung von Spargelsämlingen in einer Sporensuspension (1x106 cfu/ml) von Streptomyces griseus var. autotrophicus nach 4-wöchiger Erdkultur in Multitopfplatten eine signifikante Reduktion verschiedener Wachstumsparameter auftrat. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass es sich in diesen Untersuchungen um 7 Tage alte Sämlinge handelte, die wahrscheinlich sensitiver auf mögliche phytotoxische Substanzen des Bakteriums reagierten als einjährige Spargelwurzeln. So fanden auch YOSHIKAWA et al. (1993) nach 1-stündiger Wurzeltauchung von 3 Wochen alten Spargelsämlingen in einem Kulturfiltrat von Pseudomonas putida RSA 9 keine negativen Effekte, sondern eine Steigerung des Wurzelwachstums.

Es ist bekannt, dass von Rhizosphärenbakterien synthetisierte antibiotische Verbindungen auch phytotoxisch wirken können, wie z. B. das von Pseudomonas fluorescens gebildete Pyoluteorin, 2,4 Diacetylphloroglucinol (MAURHOFER und DEFAO 1992), und Phenazin-1-Carboxylsäure (SLININGER et al. 1996, POWELL et al. 2000), die von Streptomyces spp. synthetisierten und als AB021-a und AB021-b beschriebenen Makrolidantibiotika (SCACCHI 1995) oder die von Bacillus subtilis und Bacillus pumilus gebildeten Antibiotika Bacylisin und Iturin-A (LOEFFLER et al. 1986). Aber auch andere Stoffwechselmetabolite und enzymatische Aktivitäten, vor allem bei der Rhizombehandlung in den fermentierten Kulturlösungen von Bacillus pumilus und Streptomyces graminofaciens, könnten in den eigenen Versuchen in mögliche phytotoxische Auswirkungen auf die Spargelpflanzen involviert gewesen sein.

In der Literatur sind neben einer positiven antagonistischen Kompetenz eines Rhizosphärenbakteriums auch gleichzeitig negative Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum dokumentiert. Eine mögliche Phytotoxizität der gebildeten Sekundärmetabolite ist u. a. konzentrationsabhängig und überwiegend nur in vitro Agar-Tests näher untersucht worden, wobei berücksichtigt werden muss, dass in natürlichen Böden eine Kompensation dieser Negativeffekte durch Adsorption der Stoffwechselprodukte an organischen Bodenkolloiden oder auch durch mikrobielle Abbauprozesse (CAMPBELL 1989, ASAKA und SHODA 1996) erfolgen kann. ELSON et al. (1994) registrierten beispielsweise, dass der aus einem Streptomyceten (ME2-27-19A) gewonnene Rohextrakt bei Substratinokulation erst bei einer Konzentration von 1000µg/g den Erreger wesentlich hemmte, zugleich jedoch auch die Sprosslänge und –anzahl [Seite 107↓]der Spargelsämlinge um 92% bzw. 82% reduzierte. SMITH et al. (1990) stellten eine vollständige Inhibition des Wachstums von Fusarium oxysporum f. sp. asparagi durch das aus Streptomyces griseus isolierte Makrolidantibiotika Faeriefungin bei einer Konzentration von 50 ppm fest, die sich jedoch nach in vitro Agar-Tests auch stark hemmend auf die Wurzelentwicklung von Spargelsämlingen auswirkte. Auch Beispiele mit anderen Pflanzenarten belegen mögliche negative Auswirkungen der Rhizosphärenbakterien. MOHAMMADI (1992) und MOHAMMADI und LAHDENPERÄ (1992) stellten fest, dass bei einem direkten Kontakt von Nelkenwurzeln mit einer höher als 0,01%-ig konzentrierten Streptomyces griseus-Suspension (Mycostop®) phytotoxische Reaktionen auftreten können. HILTUNEN et al. (1995) konnten bei einer Tauchbehandlung von Narzissenknollen in einer 0,1%-igen Mycostop® - Suspension wesentlich höhere Infektionsraten mit Fusarium oxysporum f. sp. narcisii beobachten als bei geringerer Konzentration des Präparates (0,01%). Sie vermuten, dass durch phytotoxische Substanzen des höher konzentrierten Bakteriums eine Schwächung der Pflanzen und somit eine Steigerung der Prädisposition gegenüber dem Pathogen ausgelöst wurde. HUANG et al. (1992) beobachteten nach Fruchtbehandlung von Orangen und Zitronen mit Bacillus pumilus, dass sich bei Überschreitung einer bestimmten Konzentration (1,6 x 1011 bei Orange bzw. 1,9 x 109 bei Zitrone) auf den Früchten um die Injektionsstelle ringartige, braune Läsionen bildeten. Ein ausgeprägter antagonistischer Effekt gegen den Lagerfäuleerreger Penicillium digitatum konnte jedoch hier auch bereits bei einem niedrigeren Titer, ohne fruchtschädigende Auswirkung, erreicht werden. DOLEJ (1998) erzielte nach Behandlung von Tomatensämlingen mit 0,1%-iger Konzentration der Kulturfiltrate von Bacillus subtilis eine Wachstumsförderung, während eine 1%-ige Anwendung signifikante Wuchsreduktionen erbrachte.

In der Diskussion um mögliche Ursachen für die beobachtete Reduktion der Triebentwicklung im Jungpflanzenversuch muss außerdem berücksichtigt werden, dass die Spargelrhizome unmittelbar nach der Antagonistenapplikation in Gräben gepflanzt wurden, wo besondere edaphische, u. a. O2-arme Konditionen herrschen, die möglicherweise den Metabolismus der aeroben Rhizosphärenbakterien negativ beeinflussten und zur Freisetzung wachstumshemmender Substanzen führte. Auch ist hier eine verstärkte Konkurrenz zu fakultativ anaeroben Mikroorganismen denkbar.


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Bemerkenswert ist die Steigerung einer bereits während der ertragslosen Phase zu erkennenden negativen Tendenz der meisten Bakterienapplikationen im ersten Erntejahr. Beim Stechen werden über einen längeren Zeitraum alle Triebe der Spargelpflanze entfernt, was zu einer Schwächung aufgrund von aufgewendeter Regenerationsenergie mit hohen Verlusten an Kohlenhydraten in der Wurzel führt (SHELTON und LACY 1980). Der Erntevorgang, gerade in jungen Anlagen, stellt für die Pflanze also einen gewissen Stressfaktor dar, der sich u. a. in einer erhöhten Prädisposition gegenüber Pathogenen wie Fusarium spp. (ENDO und BURKHOLDER 1971, DAMICONE und MANNING 1985, NIGH 1990) oder Stemphylium botryosum (Wallr.) (MEHWALD 1993) äußern kann.

Die verstärkte Hemmung des Triebwachstums im ersten Ertragsjahr 1999 könnte somit als additiver Effekt von Stress, ausgelöst durch das Stechen, und den vermuteten phytotoxischen Auswirkungen der von den Rhizosphärenbakterien gebildeten Metaboliten erklärt werden. Für eine mögliche negative Beeinflussung des Triebwachstums der Spargelpflanzen durch antibiotische Substanzen spricht auch, dass in der GFS-Variante, wo die Rhizome lediglich mit Wasser behandelt wurden und erst nach Entfaltung der Phyllokladien die GFS-Applikationen einsetzten, keine Hemmung der Trieblänge verzeichnet wurde. Des Weiteren führten auch die Behandlungen mit dem nachgewiesen schwachen Antibiotikabildner Bacillus subtilis-Stamm FZB37 (KREBS 2002) im gesamten Versuchszeitraum zu keiner Reduktion der Triebentwicklung.

In den Gefäßversuchen im Folientunnel erfolgte 1997 die Rhizombakterisierung analog zu dem Freilandversuch, jedoch ohne zusätzliche Applikationen während der Weiterkultur. Auch hier konnte in der nachbaufreien Erde eine leichte Reduktion der Trieblänge beobachtet werden, allerdings wurde das Wurzelwachstum in Relation zur Kontrolle in allen Mikroorganismenvarianten, bei Bacillus subtilis FZB 24 sogar signifikant, gefördert. Eine gesicherte Korrelation zwischen Trieb- und Wurzelentwicklung konnte nicht nachgewiesen werden. Ob die Rhizosphärenbakterien einen positiven Einfluss auch auf die Rhizomentwicklung im Freiland hatten, wurde nicht untersucht, kann aufgrund der Ergebnisse der Gefäßversuche jedoch nicht ausgeschlossen werden. In diesem Kontext stellt sich die Frage, ob bei der Dauerkultur Spargel die Trieblänge und der Triebdurchmesser, zumindest in den ersten beiden Jahren, repräsentative Prüfmerkmale sind, einen Einfluss von Rhizosphärenbakterien adäquat zu beurteilen. Womöglich gewinnen diese Parameter erst später, in Folge eines geförderten Wurzelwachstums, an Bedeutung.


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Der tendenziell negative Einfluss der Rhizombakterisierungen und additionalen Gießbehandlungen auf die Triebentwicklung findet auch bei Interpretation der Ernteergebnisse seine Fortsetzung. Bis auf Streptomyces graminofaciens führten alle Rhizosphärenbakterien, insbesondere in Kombination mit dem Algenpräparat GFS, zu einer Reduktion des Gesamt – und Marktertrages. Trotz Ertragsunterschieden bis zu ca. 13 dt/ha konnten aufgrund der hohen Variabilität in der ersten Ernteperiode keine statistisch gesicherten Differenzen ermittelt werden. Um diesem Problem zu begegnen, sind Versuchsauswertungen mehrerer Ertragsjahre, größere Parzellen und mehr Replikationen erforderlich, was im Rahmen dieser Arbeit aus versuchstechnischen Gründen nicht möglich war.

Die in Relation zu den einzeln applizierten Bakterien höheren Ertragsverluste der GFS–Kombinationen belegt eine bereits beim Triebwachstum festgestellte antagonistische Wechselwirkung der Mikroorganismen mit dem Algenpräparat. Trotz einer leichten Förderung des Triebwachstums in den ersten beiden Versuchsjahren konnte mit den GFS- Applikationen keine Ertragssteigerung gegenüber der Kontrolle erzielt werden, was einen positiven Zusammenhang zwischen Triebentwicklung und Ernte nicht erkennen läßt. Nach HARTMANN (1989) sind solche Korrelationen erst nach mehreren Jahren nachweisbar. Dieses Ergebnis korrespondiert auch mit Untersuchungen von GOTTWALD (1997), der mit GFS-Spritzungen bei Spargel keinen signifikanten Mehrertrag und auch keinen Einfluss auf das Einzelgewicht der geernteten Stangen erreichte. Er vermutet, dass zwei Anwendungen im Juli nicht ausreichten, um die folgende Ernte positiv zu beeinflussen. Spargel ist als perennierende Kulturpflanze für den nächstjährigen Austrieb auf eine ausreichende Einlagerung von Reservestoffen in das Rhizom angewiesen. Diese Phase erstreckt sich bis zum Ende der Vegetationszeit im Oktober, während der die Phyllokladien in der Lage sind, den Wurzeln Assimilate zuzuführen. Nach KAUFMANN et al. (1981) setzt die Hauptsubstanzbildung im Pflanzjahr erst Ende Juli ein und entwickelt sich, je nach Witterung, bis in den Oktober hinein kontinuierlich und rapide, während in älteren Anlagen bereits im Juli das Maximum der Massebildung erreicht ist. Nach KRUG (1999) erfolgt eine Zunahme der Triebfrischmasse in enger Abhängigkeit von der Temperatur bis Mitte September. Die Krautreife wird bereits durch Temperaturen < 15 0C induziert und durch vorangegangene Perioden mit hohen Temperaturen beschleunigt. Diese Erkenntnisse verdeutlichen, dass auch saisonale Unterschiede in der Triebentwicklung die Aufnahme und Wirkung über die Phyllokladien applizierter Substanzen beeinflussen können. In den eigenen Untersuchungen wurden vier GFS-Behandlungen in dem Zeitraum von Mitte Juni bis Mitte September im Abstand von 2-3 Wochen mit einem Aufwand von jeweils 3l/ha durchgeführt. Es ist möglich, [Seite 110↓]dass höhere Konzentrationen, engere Spritzintervalle und häufigere Applikationen während der Phase der größten Massebildung im Juli/August erforderlich sind, um nachhaltige Effekte zu erzielen. Der überwiegende Teil positiver Versuchergebnisse nach GFS-Behandlungen liegen aus dem Obstbau und einigen Fruchtgemüsearten wie Tomaten und Bohnen vor und sind in der technischen Produktbeschreibung des Herstellers (Laboratoires Goemar, St. Malo, Frankreich) und internen Versuchsprotokollen der Vertriebsfirma (SPIESS URANIA 1999) dokumentiert. Nach Applikation von GFS konnte vom Hersteller ein Anstieg des Polyamingehaltes der behandelten Pflanzen festgestellt werden. Da GFS nur Spuren dieses Pflanzenhormons enthält, wird vermutet, dass das Algenpräparat die Biosynthese von Polyaminen in der Pflanze stimuliert. Polyamine sind wesentlich in Prozesse der reproduktiven Phase involviert und fördern u. a. den Fruchtansatz und das Fruchtwachstum. Berichte über eine Steigerung des vegetativen Wachstums liegen verhältnismäßig wenig vor. RICHTER (1997) erzielte keine wachstumsfördernden Effekte bei Möhren mit einem Aufwand von 3l/ha bei 3 Anwendungen. Unveröffentlichte Untersuchungen der LFLG Frankfurt/Oder beschreiben jedoch Ertragssteigerungen bei verschiedenen Kohlarten nach GFS-Applikationen. Allerdings wurden hier Konzentrationen bis 5,75l/ha angewendet.

Die Sortierung der geernteten Spargelstangen wurde durch die geprüften Rhizosphärenbakterien und das Algenpräparat GFS nicht signifikant beeinflusst. Dennoch konnten in einigen Varianten (BS-FZB 37, BP-RK13, GFS+BS-FZB24 und GFS+BS-FZB42) zwischen 3 und 8% mehr Spargelstangen mit einem Durchmesser von > 12 mm geerntet werden als in der unbehandelten Kontrolle. Bei Spargelpflanzen als Vertreter der Monocotyledone erfolgt kein sekundäres Dickenwachstum, so dass die Stärke der Knospen am Rhizom entscheidend die Entwicklung der Spargelstangen beeinflusst. Da allerdings in den ersten beiden Versuchsjahren eine tendenzielle Reduktion der Triebdurchmesser ermittelt wurde, ist eine positive Beeinflussung der Knospenqualität durch die Bakterien nicht anzunehmen. Unklar ist auch, warum eine sonst verstärkt negative Kombination mit GFS hier in Verbindung mit Bacillus subtiliszu den besten Resultaten führte. Zur Klärung dieser Fragen ist eine einmalige Ernteanalyse bei der Dauerkultur Spargel sicherlich nicht ausreichend.

Ein natürlicher Boden stellt im Gegensatz zu sterilen Nährmedien ein offenes und komplexes System dar und beeinflusst entscheidend die Dynamik und Wurzelkolonisierung der eingesetzten Bakterien. Er bietet, je nach Beschaffenheit, eine gewisse 'Pufferung' (z. B. durch Adsorption) gegenüber den Bakteriensuspensionen und kann über komplexe physikochemische Prozesse die Ausbreitung und Effektivität der applizierten Mikroorganismen beeinflussen. [Seite 111↓]Hohe Tongehalte zum Beispiel hemmten das Wachstum und die Ausbreitung von Bacillus pumilus (HORNBY et al. 1984). WELLER und BAKER (1982) und HORNBY et al. (1993) halten aus diesem Grunde eine Gießbehandlung als ungeeignete Applikationsform für Mikroorganismen und konnten auf diese Weise mit Bacillus pumilus in Freilandversuchen bei Winterweizen auch keine Wachstumsförderung und keine antagonistischen Effekte gegen Gaeumannomyces graminis var. tritici erzielen. MARSHALL (1971) wies nach, dass ein Großteil der introduzierten Sporen von Bacillus cereus var. mycoides vom Bodenabsorbiert wurde. Bei einer Saatgutbehandlung, wo der Antagonist nach der Keimung unmittelbar mit der Radicula in Kontakt kommt und dann mitwachsen kann, scheinen sich Bodenverhältnisse weniger negativ auszuwirken. MERRIMANN et al. (1974) erzielten durch eine Saatgutnassbeizung mit Streptomyces griseus 2A24 von Möhren und verschiedenen Gramineen sowohl in einer Braunerde als auch in Lehm- und Sandböden deutliche Ertragssteigerungen. Auch FEY(1992) konnte nach Saatgutbehandlung bei Mais mit Bacillus subtilis einen Einfluss verschiedener Standorte auf die Populationsdynamiknicht nachweisen. Eine grobe Textur des Bodens mit hohem Porenvolumen kann jedoch bei einer Gießapplikation einen Transport der Bakteriensuspension und damit eine Besiedlung der Rhizosphäre fördern (WILKINSON et al. 1981, HORNBY et al. 1993). Dies wurde in den eigenen Freilandversuchen durch manuelles Hacken der Reihen vor der Applikation erreicht. Zusätzlich erfolgte eine Beregnung der Parzellen, was ebenfalls die vertikale Bakteriendynamik fördert (WONG und GRIFFIN 1976, PARKE et al. 1982). Ein Transport zu den Spargelwurzeln kann also zumindest für einen Großteil der Sporen dennoch vermutet werden und muss somit in die Diskussion über eine mögliche Überkonzentration der Bakterien in der Rhizosphäre und den mit einer Massenintroduktion verbundenen Negativfolgen, wie z. B. Wuchsdepressionen (FRAVEL 1988, BOCHOW 1989a), mit einbezogen werden. Eine Bestimmung der Besiedlungsdichte der geprüften Rhizosphärenbakterien am Spargelrhizom nach erfolgter Applikation und vor allem populationsdynamische Untersuchungen in der Rhizosphäre der Spargelpflanzen während des Versuchszeitraumes würden in diesem Kontext mehr Aufschluß geben und sollten bei künftigen Versuchen unbedingt berücksichtigt werden. In diesen Untersuchungen sollten dann auch die Ergebnisse von KORTEMAA et al. (1997) einfließen, die je nach Reisolierungstechnik der Antagonisten aus der Rhizosphäre unterschiedliche Kolonisierungsdichten feststellten. Von anderen Kulturpflanzen ermittelte Besiedlungsgsraten der Rhizoplane und Rhizosphäre sind nicht unbedingt auf Spargel übertragbar, da auch pflanzenspezifische Unterschiede auftreten können. So wurden z. B. bei elektronenmikroskopischen Untersuchungen von Möhrenwurzeln (Daucus carota) bei gleichem Ausgangstiter zur Applikation bei Versuchsbeginn [Seite 112↓]nach 14-tägiger Versuchsdauer eine geringere Besiedlungsrate mit Streptomyces griseus festgestellt im Vergleich zu Wurzeln von Speiserüben (Brassica rapa var. oleifera) (KORTEMAA et al. 1997). Ähnliche Erfahrungen machten BERGER et al. (1996) mit Bacillus subtilis und stellten eine Abhängikeit der Rhizosphärenpopulation von der Pflanzenart fest. Auch nach MARSCHNER et al. (2001) wird die Population von Rhizosphärenbakterien neben dem vorhandenen Bodentyp entscheidend von der Pflanzenart beeinflusst.

Die Resultate der Aussaatversuche demonstrieren deutlich, dass die geprüften Rhizosphärenbakterien als Saatgutbeizung verbunden mit einer additionalen Gießbehandlung in der Hauptvegetationszeit im Juli einen positiven Einfluss auf die Entwicklung der Spargelpflanzen bewirkte. Das Wurzelwachstum wurde auffallend stärker gefördert als das Triebwachstum, wo lediglich Tendenzen, jedoch keine signifikanten Unterschiede zur unbehandelten Kontrolle oder zwischen den einzelnen Behandlungsvarianten ermittelt werden konnten. Obwohl die mit dem Algenpräparat kombinierte Streptomyces-Variante die längsten Triebe erzielte, bestätigt sich auch hier der bereits im Pflanzversuch deutlich erkennbare Trend, dass eine Kombination der Rhizosphärenbakterien mit GFS keinen vermuteten additiven oder synergistischen, sondern überwiegend sogar antagonistischen Effekt zur Folge hat. Diese Reaktion findet sich generell auch bei Interpretation der Ergebnisse des Wurzelwachstums und war bei dem Prüfglied Bacillus subtilis FZB 24 sogar statistisch gesichert.

Die Bacillus subtilis FZB 24 –Behandlungen förderten die Wurzelentwicklung signifikant zur nichtbakterisierten Kontrolle und zur GFS-Variante. Die positive Stimulierung des Wurzelwachstums ist u.a. auf die Fähigkeit der Rhizosphärenbakterien, Auxine (ß-Indolessigsäure, IAA) bzw. deren Präkusoren zu bilden (ARSHAD und FRANKENBERGER 1991, ALEMAYEHU 1997, DOLEY 1998), zurückzuführen. Syntheseorte der pflanzeneigenen Auxine sind insbesondere der Sprossvegetationskegel und der Samen, und nur in geringerem Maße auch die Wurzelspitzen (JANSEN et al. 1989). Die Verteilung in der Pflanze erfolgt über größere Distanzen akro- und basipetal im Siebteil, in der Wurzel überwiegt der Transport im Parenchym des Zentralzylinders akropetal zur Wurzelspitze. Während das Streckenwachstum des Sprosses durch höhere Konzentrationen gefördert wird, erfolgt eine positive Stimulierung insbesondere der Adventiv- und Seitenwurzelbildung nur bei sehr niedrigen Konzentrationen. Hohe Auxingaben bzw. der IAA-Vorstufe IpyA, wie sie auch im Kulturfiltrat von Bacillus subtilis FZB 24 detektiert wurde, führten in vitro bei Tomatensämlingen sogar zu Wachstumshemmungen (DOLEJ 1998). Im Freiland können solche inhibitorischen Effekte hoher IAA-Konzentrationen durch Umweltbedingungen, wie z. B. Verdünnung und Oxida­[Seite 113↓]tion, jedoch aufgehoben werden (BARAZANI und FRIEDMANN 1999). STRASBURGER et al. (1983) erklären diese kontroversen Wachstumsreaktionen von Sproß und Wurzel in unterschiedlich endogen nativ vorhandenen IAA-Konzentrationen und gegensätzlichen Konzentrationsoptima. Da bei den Wurzeln der Auxingehalt oft nur wenig unter dem in Relation zum Sproß ohnehin wesentlich niedrigerem Optimalbereich liegt, können geringe exogene Dosen, wie sie gerade bei einer Bakterienapplikation auftreten, generell zu einer Förderung des gesamten Wurzelwachstums führen (SCOTT 1972, BARAZANI und FRIEDMANN 1999). Auch vonRhizosphärenbakterien gebildete organische Säuren, wie z. B. Milchsäure und Bernsteinsäure (YOSHIKAWA 1993), werden im Zusammenhang mit einer Förderung des Wurzelwachstums bakterisierter Spargelpflanzen diskutiert.

Es konnte kein signifikanter Unterschied zwischen den verschiedenen Bacillus subtilis-Stämmen und den anderen geprüften Rhizosphärenbakterien hinsichtlich der Prüfmerkmale Wurzelfrisch- und Wurzeltrockengewicht ermittelt werden. Dennoch zeigte Bacillus subtilis FZB 24 tendenziell einen Vorteil gegenüber allen übrigen Mikroorganismen-Varianten und bestätigt auch unter Freilandbedingungen diesen Bacillus subtilis-Stamm als effektives PGPR.

HARTMANN (1989) wies eine enge positive Korrelation zwischen Rhizomgewicht und Wurzel- und Knospenanzahl nach. In den eigenen Untersuchungen konnten durch die Bakterienbehandlungen zwar eine generelle Steigerung der Wurzelanzahl, jedoch keine eindeutige Beziehung zu den Rhizomgewichten festgestellt werden. Demnach war das Gewicht möglicherweise durch andere von den Rhizosphärenbakterien positiv beeinflussten Faktoren bestimmt, wie z. B. Wurzeldicke und Feinwurzelanteil, wobei eine Erfassung dieser Parameter nicht erfolgte. Die Ausbildung von Knospen für den nächstjährigen Austrieb wurde durch die Bakterisierung tendenziell positiv beeinflusst. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Behandlungen waren nur geringfügig und analog zu den Rhizomgewichten. Hier konnte auch die von HARTMANN (1989) beschriebene Korrelation bestätigt werden, wobei die Gesamtanzahl der Knospen, die ja Haupt- und Nebenknospen beinhaltet, noch keinen genauen Aufschluß über das Triebwachstum der nächsten Vegetationsperiode geben kann. Denn nicht alle angelegten Knospen kommen auch zum Austrieb und nur deren Stärke beeinflusst die zukünftige Triebentwicklung (HARTMANN 1989, DEAN 1999).

Dass das Wurzelwachstum nach Applikation mit Rhizosphärenbakterien zunächst sensitiver reagiert als oberirdische Pflanzenteile ist in der Literatur häufig dokumentiert (BROWN 1974, COOK und BAKER 183, YOSHIKAWA et al. 1993, NEMEC et al. 1996, DOLEJ 1998). Ein gesteigertes Triebwachstum setzt dann in Folge einer geförderten Wurzelentwicklung oft ver[Seite 114↓]zögert ein (BOCHOW 2002). Gerade bei Spargel als perennierende Kultur erhält dieser Aspekt besondere Bedeutung. So läßt sich durchaus vermuten, dass sich die geförderte Wurzel- und Knospenentwicklung durch Bakterisierungen während der Jungpflanzenanzucht nach Überführung dieser Pflanzen in die zukünftige Ertragsanlage auch positiv auf das Triebwachstum auswirkt. Nach HARTMANN (1989) korreliert das Längenwachstum und der Durchmesser der Triebe mit dem Jungpflanzengewicht. Eine geförderte Triebentwicklung hat auch eine gesteigerte Assimilationsleistung aufgrund vermehrter Phyllokladien zur Folge, was in enger Korrelation zum Ertragsverhalten der Folgejahre steht (ELLISON und SCHEER 1959, CHEN 1978, FAVILLE et al. 1999). Statistisch gesicherte Beziehungen traten bei HARTMANN (1989) allerdings erst ab dem dritten Ertragsjahr auf, dann jedoch mit kontinuierlich zunehmendem Regressionskoeffizienten. Diese Erkennnisse bestätigen, dass erst Langzeitversuche differenziertere Aussagen über eine mögliche Förderung der Leistungsfähigkeit einer Ertragsspargelanlage durch den Einsatz von Rhizosphärenbakterien ermöglichen.

Eine wesentliche Anforderung, die ein Bakterium erfüllen muss, um überhaupt als effektiver Promoter für die Pflanzenentwicklung und –gesundheit fungieren zu können, ist seine Rhizosphärenkompetenz. Diese ist charakterisiert durch ausgeprägte kompetetive Fähigkeiten verbunden mit einer hohen Besiedlungsdichte der Wurzeln, Proliferationsvermögen und möglichst stabiler und langfristiger Etablierung im Wurzelraum (COOK und BAKER 1983, WELLER 1988, MILUS und ROTHROCK 1993, NEMEC et al. 1996). Nicht rhizosphärenkompetente Mikroorganismen sind demnach vor allem solche, die sich gegen die indigene Mikroflora nicht durchsetzen können und verdrängt werden. Die Rhizosphärenkompetenz kann sowohl zwischen verschiedenen Rhizosphärenbakterien als auch zwischen einzelnen Stämmen innerhalb einer Art differieren. Auch hierin könnten die zwischen den in dieser Arbeit geprüften Rhizosphärenbakterien unterschiedlich ausgeprägten Nutzeffekte begründet sein. So stellten z. B. JUHNKE et al. (1982) in Feldexperimenten nach Applikation an Weizensamen fest, dass sich die Besiedlungsraten verschiedener Rhizosphärenbakterien-Isolate während des 12-wöchigen Versuchszeitraumes kontinuierlich reduzierten. Dennoch waren Bacillus pumilus und Bacillus subtilis bei Versuchsende noch in Konzentrationen von 2,1 bzw. 1,6 log10 cfu/mg Wurzeltrockengewicht an der Wurzel vorhanden, wobei sich Bacillus pumilus als wesentlich stabiler erwies. Bei verschiedenen Streptomyces –Isolaten hingegen erfolgte nach anfänglich guter Kolonisierung ein rascher Abbau und war nach 12 Wochen nicht oder nur kaum noch nachweisbar. Untersuchungen von MILUS und ROTHROCK (1993) bestätigen Streptomyces (Stamm D-185-S) im Vergleich zu Bacillus subtilis (Stamm-D-39SR) als schwachen Wurzelbesiedler von Weizen. MAPLESTONE und CAMPBELL [Seite 115↓](1989) konnten ein ausgeprägtes und gleichmäßiges Wurzelkolonisierungsvermögen von Bacillus pumilis nach Applikation zur Aussaat feststellen. Auch der Neuzuwachs der Wurzeln wurde kontinuierlich mitbesiedelt, was vor allem hinsichtlich einer Fusariuminfektion, die bevorzugt an jungen, nicht kutinisierten Wurzelspitzen ansetzt, eine entscheidende Rolle spielt. Die durchschnittliche Besiedlungsdichte betrug hier 107 cfu/g-1 Wurzel. Auch WELLER (1988) sieht eine Verminderung der Bakterienpopulation neben physikalischen und kompetitiven Faktoren hauptsächlich in einer in Relation zum Wurzelwachstum zu geringen Vermehrungsgeschwindigkeit der Rhizophärenbakterien begründet. Nach BENNETT und LYNCH (1981) vermehren sich Bakterien in der Rhizoplane im optimalen Fall bis sie das Maximum ihres spezifischen Kolonisierungspotentials, bezogen auf eine bestimmte Wurzelfläche, erreicht haben. Eine in der Literatur angegebene fortschreitende Reduzierung der Bakterienpopulation in cfu/g Wurzel im Laufe der Zeit hängt also oft weniger mit einem tatsächlichen Abbau der Population sondern eher mit der kontinuierlichen Ausdehnung der Bezugsgröße Wurzelfläche zusammen. Durch Zuwachs neu entstandene Wurzelareale können aber nur in dem Maße besiedelt werden, in dem die Bakterien fähig sind, sich auszubreiten. Das bedeutet, bestimmte Wurzelsegmente sind je nach Bakterienart mehr oder weniger stark besiedelt und somit, wie bereits beschrieben, auch gegen eventuelle Pathogenangriffe mehr oder weniger effektiv geschützt, was wiederum die Bedeutung der Rhizosphärenkompetenz des eingesetzten Bakteriums vor allem unter konduktiven Bedingungen verdeutlicht.

In Untersuchungen zur Populationsdynamik von Bacillus subtilis in der Rhizosphäre von Mais konnte durch FEY (1992, 1996) mit einem markierten Stamm (FZB 13) ein kontinuierlicher Rückgang der Population um 3 Zehnerpotenzen nach 2 Monaten nachgewiesen werden. Versuche mit Bacillus subtilis behandelten Nelkenstecklingen (FILIPPI et al. 1987) zeigten, dass sich das Bakterium für einen Zeitraum von 35 Tagen stabil im Wurzelraum etablierte und auch den Wurzelzuwachs stetig besiedelte. Nach dieser Phase erfolgte allerdings ein sukzessiver Abbau der Population. Durch eine Massenintroduktion eines bestimmten Rhizosphärenbakteriums wird dessen Verhältnis zur indigenen Mikroflora dominant. Es kommt zu einer Art 'Monokultur' in der Rhizosphäre, was sich schließlich über einen veränderten Exsudathaushalt wieder reduzierend auf die applizierten Bakterien auswirken kann (FILIPPI et al. 1984, 1987) und einen möglichen Populationsrückgang erklärt.

Da die Dichte der Bakterien am Saatkorn deren spätere Abundanz in der Rhizosphäre mitbestimmt (HATZINGER und ALEXANDER 1994) ist der eingesetzte Applikationstiter von Bedeutung. In der Literatur werden verschiedene Bakterienkonzentrationen beschrieben, mit [Seite 116↓]denen nach Saatgutbehandlung positive Phytoeffekte erzielt wurden, wie z. B. 107 - 109 bei Weizen (MAPLESTONE und CAMPBELL 1988, ZASPEL 1988) und Mais (FEY 1994, 1996, KREBS et al. 1998), 109 bei Reis (ROSALES et al. 1993), 108 bei Baumwolle (MISHAGI und DONNDELINGER 1990) und Spargel (YOSHIKAWA 1993). FERNANDO und LINDERMANN (1995) ermittelten eine nur um eine Zehnerpotenz reduzierte Population von Bacillus pumilus unmittelbar am Samenkorn der Spargelbohne (Vigna unguiculata) im Vergleich zur Konzentration in der Behandlungssuspension. Nach FEY (1992) jedoch war nach der Bakterisierung von Maiskörnern mit Bacillus subtilis im Tauchverfahren bei einer Initialdichte von 108 cfu/ml noch eine Konzentratin von 6 x 104 cfu/Korn vorhanden. KREBS et al. (1998) hingegen stellten nur eine Differenz von 2 Zehnerpotenzen zwischen Behandlungstiter und der Sporendichte auf dem Saatgut fest und konnten in Gefäßversuchen nach anfänglichen Wachstumsphasen ein relativ stabiles Populationsniveau von Bacillus subtilis FZB 24, FZB 42 und FZB 37 mit ca. 107 cfu/g nach 57 Tagen in der Rhizoplane nachweisen. Allerdings wurden die Untersuchungen in steriler Erde ohne mikrobielle Konkurrenz durchgeführt. Maiskörner besitzen zwar einen größeren Durchmesser als Spargelsamen, weisen jedoch eine Glattschaligkeit auf, die einen Großteil der Bakteriensuspension möglicherweise abfließen läßt und relativ wenig Kontakt bietet. Spargelsamen hat eine grob strukturierte, tiefgefurchte Samenschale mit einer großen spezifischen Oberfläche, die vermutlich eine gute Haftung der Bakterien gewährleistet. Ein Zusammenhang zwischen Morphologie des Saatgutes und dem Bakterisierungserfolg wird auch von SIKORA et al. bestätigt (1990). Des Weiteren könnte aber auch je nach Bakterienart ein unterschiedliches Haftungsvermögen vorliegen. Untersuchungsergebnisse über eine Optimalkonzentration des Behandlungstiter bzw. der Bakteriendichte am Samen und deren weitere Entwicklung in der Rhizosphäre liegen für Spargel nicht vor und sollten Bestandteil weiterer wissenschaftlicher Arbeit werden.

Nach einer Saatgutbakterisierung dominiert zunächst eine Kolonisierung der oberen Wurzelzonen, die je nach Rhizosphärenkompetenz aktiv die wachsende Wurzel mitbesiedelt oder auch auf diese Region beschränkt bleiben kann (CHAO et al. 1986). Bei Gießapplikationen in den Boden wird eine Art Bakteriendepot geschaffen, in das die Wurzeln hineinwachsen und somit eine passive Besiedlung ermöglicht. Mit der Kombination beider Applikationstechniken war also in den eigenen Untersuchungen sowohl eine Start- als auch Folgebesiedlung durch die ergänzende Introduktion und damit vermutlich eine dichte Besetzung des Wurzelraumes mit den eingesetzten Bakterien gewährleistet. Auch ZIMMER et al. (1997) ermittelten bei kombinierter Saatgut- und Substratapplikation bei in vivo-Versuchen mit Erbsen eine gute Wurzelbesiedlung mit Bacillus subtilis, wobei die höhere Konzentration an den Wurzelspitzen [Seite 117↓]festgestellt wurde. Bei einer Kolonisierung der Rhizosphäre und Rhizoplane, vor allem über größere Distanzen, sind aktiv bewegliche Bakterien wie Bacillus subtilis und Bacillus pumilus den nicht beweglichen Vertretern gegenüber wahrscheinlich im Vorteil, da sie im Wasserfilm (Adsorptionswasser), der Wurzeln und Bodenpartikel umhüllt, 'schwimmen' können und so in der Lage sind, relativ schnell größere Wurzelareale zu besiedeln. Aber auch eine aktive Ausbreitung durch vegetatives Wachstum auf der Wurzeloberfläche oder passiver Transport mit dem Streckungswachstum der Wurzeln, sich kontaktierende Wurzelspitzen und Dynamik im kapillaren Bodenwasser, beeinflusst durch Niederschlag, Evaporation und Kondensation, ist möglich (PARKE et al. 1982, MAPLESTONE und CAMPBELL 1988, YUAN und CRAWFORD 1995).

Populationsdynamische Gefäßversuche mit Streptomyces lydicus WYEC 108 inokuliertem natürlichen Boden (ungedämpft) von YUAN und CRAWFORD (1995) belegen, dass auch über den Versuchszeitraum von 30 Tagen bei einem Initialinokulum von 5 x 106 eine relativ stabile Kolonisierung (105cfu/g) erfolgte. Im nicht rhizosphären Boden jedoch vollzog sich mit zunehmender Tiefe ein Abbau der Anfangspopulation auf nicht mehr nachweisbare Werte bereits ab einer Bodentiefe von 3 cm. Dies bestätigen Untersuchungen von KORTEMAA et al. (1997), die hohe Populationsdichten von Streptomyces griseus vor allem im oberen Wurzelbereich (Haarwurzelzone) registrierten. Aus Erdproben außerhalb der Rhizosphäre und einer Sandprobe gänzlich ohne Pflanzenbesatz konnte eine wesentlich geringere Streptomyces griseus –Besiedlung nach Gießbehandlung der Gefäße festgestellt werden. Dies deutet auf eine bevorzugte Besiedlung der Wurzeln als Attraktionszentrum nach Introduktion des Bakteriums in den Boden hin, was eine chemotaktische Orientierung der Rhizosphärenbakterien, beeinflusst durch die Wurzelexsudate, impliziert (YUAN und CRAWFORD 1995). Bereits ZEINAT (1982) beobachtete eine Abhängigkeit enzymatischer Aktivitäten antagonistischer Streptomyces spp. von den gebildeten Wurzelausscheidungen verschiedener Kulturpflanzen. Hieraus läßt sich ein Zusammenhang zwischen der Quantität und/oder Qualität von Wurzelexsudaten und der physiologischen Aktivität von Rhizosphärenbakterien ableiten. Auch inhibitorische Effekte bestimmter Wurzelauscheidungen, wie z. B. Polyphenole und Gallotannine, sind möglich (BROWN 1974). In diesem Kontext könnten auch die beobachteten Unterschiede in der Effektivität der Bakterienbehandlungen erklärt werden. Da die Exsudatzusammensetzung und –konzentration u. a. vom Alter der Pflanze bestimmt wird (HAMLEN et al. 1972), müssen solche Überlegungen durchaus auch in die Erkärung der beobachteten gegensätzlichen Effekte von Rhizom- und Saatgutbakterisierung einfließen.


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Als Resümee kann festgehalten werden, dass alle in den eigenen Versuchen geprüften Bakterien generell als rhizosphärenkompetent eingestuft werden können, wobei bei Streptomyces diese Eigenschaft weniger stark ausgeprägt zu sein scheint. Bei Bewertung der verschiedenen Bacillus subtilis-Stämme konnte bei FZB 24 eine stabilere Kolonisierung der Wurzeln nachgewiesen werden als bei FZB 37 (FZB Jahresbericht 1997, KREBS et al. 1998), was mit der positiven Auswirkung dieses Stammes auf das Wurzelwachstum in der eigenen Arbeit korrespondiert. Die Fähigkeit des eingesetzten Bakteriums, auf der Wurzeloberfläche vegetativ zu wachsen, ist eine Voraussetzung für die Bildung phytoeffektiver Metabolite. In Feldversuchen mit entsprechend hohen und vielfältigen indigenen Mikroorganismenpopulationen ist eine stabile Besiedlung der Rhizosphäre aufgrund ausgeprägter Wettbewerbskonditionen schwierig und die Rhizosphärenkompetenz in besonderem Maße gefordert. Die tendenziellen Differenzen zwischen den geprüften Bakterien können möglicherweise auf deren unterschiedliche Populationsdichte in der Rhizosphäre zurückgeführt werden, auch wenn bei Bacillus subtilis keine direkte Korrelation zwischen Besiedlungsdichte und Phytoeffekt nachgewiesen werden konnte (ZIMMER et al. 1997). Dennoch ist in einem natürlichem Habitat eine Unterdrückung sogenannter deterioativer Mikroorganismen, die zwar keine eigentlichen Pathogene sind aber auch in keiner mutualistischen Beziehung zur Wurzel stehen, durch kompetative Fähigkeiten des applizierten Bakteriums für das Pflanzenwachstum von großer Bedeutung (KLOEPPER et al. 1991).

Einige Veröffentlichungen beschreiben eine gesteigerte Wachtumsförderung der Pflanzen durch Bacillus subtilis unter suboptimalen Bedingungen, wie z. B. schlechter Nährstoffversorgung (BROADBENT et al. 1977), was eine Kompensation von Negativeffekten auf Mangelstandorten ermöglichen könnte. Neuere Erkenntnisse belegen, dass B. subtilis die Fähigkeit besitzt, über das Enzym Phytase Phosphor zu mobilisieren und so bei Phosphormangel zu einer Wachstumsstimulierung beitragen kann. Da eine optimale Nährstoffversorgung der Spargelanlagen im Interesse der Anbauer steht, spielt dies für die Praxis eher eine untergeordnete Rolle. Die eigenen Versuchsflächen wurden alle nach der N-min-Methode auf einen für Spargel empfohlenen N-Bedarf gedüngt (85 kg NO3-N/ha Pflanz- bzw. Aussaatjahr, 100 kg NO3-N/ha im 2. und 3. Standjahr). Auch die Versorgung mit Kalium und Magnesium lag auf einem mittlerem bis hohem Niveau, bei Phosphor sogar sehr hoch. Trotz dieser praxisüblichen Düngung und generell guten Nährstoffversorgung konnten durch die Saatgutbakterisierung die beschriebenen positiven Effekte erzielt werden.


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Für die Praxis kann aus den Ergebnissen der Feldversuche schlussfolgernd abgeleitet werden, dass eine Saatgutbehandlung mit den geprüften Bakterien, insbesondere Bacillus subtilis FZB 24 bei der Jungpflanzenanzucht zu einer Förderung des Wurzelwachstums und der Knospenbildung führt und hierdurch unter Berücksichtigung des perennierenden Charakters der Spargelkultur später auch Vorteile bei der Etablierung am Endstandort aufgrund höherer Energiereserven und vor allem ein gesteigertes Ertragsverhalten zu erwarten sind. Eine Rhizombehandlung ist aufgrund der beobachteten Triebreduktionen und Ertragsverluste zunächst nicht zu empfehlen und bedarf noch weiterer Untersuchungen. GFS-Applikationen bringen in der geprüften Anwendungskonzentration keine wesentlichen Vorteile im Spargelanbau.

5.2. Fusariumspektrum

Es ist bekannt, dass auf einem Standort unmittelbar nacheinander folgende Spargelpflanzungen zu erheblichen Wachstumsdepressionen führen und unter dem Begriff 'Replant Decline' in der Literatur häufig im direkten oder indirekten Zusammenhang mit Autotoxinen des Spargels diskutiert werden (YANG 1982 und 1984, HARTUNG et al. 1989, PEIRCE und MILLER 1993, SCHOFIELD et al. 1996).

Nach Untersuchungen von BLOK und BOLLEN (1996) und BLOK (1997) ist jedoch hauptsächlich eine Anreicherung von Fusarium oxysporum f. sp. asparagi für die Nachbauproblematik verantwortlich. Nach weitestgehender Eliminierung des Pathogeneinflusses durch Wärmebehandlung der Nachbauerde bei 55-60° C konnte keine negative Auswirkung mehr auf das Wurzelwachstum festgestellt werden, was eine Beteiligung der sehr hitzestabilen Autotoxine (YANG 1982) an der Wuchsreduktion zunächst einmal ausschließt. Auch durch Behandlung der Nachbauerde mit dem Fungizid Prochloraz erreichten die Autoren eine Aufhebung des Nachbaueffektes, was wiederum Fusarium oxysporum f. sp. asparagi als Hauptverursacher bestätigt. Demgegenüber stehen Versuche von SCHOFIELD et al. (1996), die nach Dämpfung der Spargelerde mit Chloropicrin immer noch eine Wachstumshemmung der Spargelsämlinge erbrachten.

Die Analyseergebnisse der in den eigenen Gefäßversuchen im Folientunnel verwendeten Nachbauerde korrespondiert mit den genannten Erkenntnissen von BLOK und BOLLEN (1996) und belegt, dass ein langjähriger Spargelnachbau eine Anreicherung des Bodens mit Fusarium spp. zur Folge hat. Die Ergebnisse verdeutlichen auch, dass Fusarium oxysporum [Seite 120↓]hier die dominante Fusariumart ist, die aufgrund ihrer Fähigkeit zur Chlamydosporenbildung zudem eine hohe Persistenz im Boden besitzt. So konnten BLOK und BOLLEN (1996) ausgeprägte negative Nachbaueffekte auch nach 11-jähriger Anbaupause, POLL und HUISKAMP (1992) selbst nach 20-25 Jahren nachweisen. Um so fragwürdiger erscheinen in diesem Kontext Empfehlungen für die Praxis, die bereits nach anderthalb Jahren einen Wiederanbau forcieren (ZIEGLER 1999).

Die Fusariumforschung bei Spargel hat in Deutschland seit den grundlegenden Arbeiten v. a. von WEISE (1939), STAHL (1970), GEHLKER und SCHOLL (1974) und UNTERECKER (1972) keine entscheidende Dynamik mehr erfahren. So stagniert seit Jahrzehnten ein mykologischer Status der im Wesentlichen Fusarium oxysporum f. sp. asparagi, vereinzelt auch F. redolens als Verursacher der Wurzelfäule und F. culmorum als Erreger der Fußkrankheit sieht. Es mangelt heute an erweiterten Kenntnissen über die verschiedenen an Spargel auftretenden Fusariumarten und deren phytopathologische Bedeutung.

Aufschlußreich ist deshalb das relativ breite Spektrum der in dieser Arbeit determinierten Fusariumarten in der Nachbauerde und belegt erstmals, dass neben den oben genannten Fusariumarten als Hauptverursacher der Wurzelfäule und Fußkrankheit auch andere Vertreter dieser Gattung in Deutschland, wie z. B. F. proliferatum, F. acuminatum, F. solani, F. equiseti, F. flocciferum und F. sacchari,als potentielle Erreger dieser offensichtlich komplexen Spargelkrankheit in Frage kommen. In späteren Untersuchungen von GOSSMANN et al. (2001) wurden einige dieser Erreger von nekrotisierten und faulen Spargelwurzelproben aus verschiedenen Anbaugebieten Deutschlands und Österreichs isoliert und bestätigen damit das in dieser Arbeit gefundene Artenspektrum auch für andere Spargelanbauregionen.

Aber auch in den Bodenproben aus der Fruchtfolge-Variante konnten, allerdings in wesentlich geringerer Anzahl, Fusarium spp. nachgewiesen werden. Ein fusariumfreier natürlicher Boden ist auch kaum zu erwarten, da beispielsweise Fusarium oxsporum zu den häufigsten Bodenpilzen zählt (DOMSCH und GAMS 1970) und auch andere Fusariumarten im Boden, oft auch saprophytisch, vorkommen können. Jedoch wurden in der Zepernicker Fruchtfolgeerde, im Gegensatz zur Nachbauerde, die an Spargel nachweislich pathogenen Fusariumarten F. solani, F. proliferatum und F. culmorum (VAN BAKEL und KROM-KERSTENS 1974, SCHREUDER und LAMPRECHT 1995, GUERRERO et al. 1999) nicht entdeckt. Hier traten der typische saprohytische Bodenpilz F. dimerum (GERLACH und NIRENBERG 1982) und die für Spargel phytopathologisch vermutlich eher unbedeutenden Arten F. flocciferum, F. sacchari und F. equiseti auf. HARTUNG et al. (1990) allerdings konnten bei einigen [Seite 121↓] Fusarium oxysporum –Isolaten aus Roggenfeldern, wo niemals vorher Spargel kultiviert wurde, Pathogenität an Spargelpflanzen nachweisen. BLOK und BOLLEN (1997) sehen auch die Wirtsspezifität bei Fusarium oxysporum f. sp. asparagi nach umfangreichen Untersuchungen differenzierter und bestätigen zwar einen im wesentlichen auf Spargel begrenzten Wirtspflanzenkreis bezüglich der Pathogenität, jedoch einen relativ weiten Kreis an Pflanzenarten, die parasitisch, ohne Symptomausprägung von diesem Erreger besiedelt werden können. Im Feld verbleibende Wurzelrückstände dieser Wirte stellen dann potentielle Inokulumressourcen dar. Hieraus läßt sich schlussfolgern, dass nicht nur Spargel sondern möglicherweise auch andere Pflanzenarten als Vorkultur einen negativen Einfluss auf den phytopathologischen Status einer folgenden Spargelpflanzung haben können, obwohl dies bei Verwendung der Zepernicker Fruchtfolgeerde nicht nachzuweisen war.

Die nur leichte Reduktion der Wurzelgewichte in der Mischerde Zepernick/Möringen in Relation zu der Kontrolle ist vermutlich auf den doch zu geringen Anteil pathogenkontaminierter Erde und damit einer Art Verdünnungseffekt zu erklären. Bereits BAKER (1968) beschrieb einen Zusammenhang zwischen hoher Inokulumpräsenz verschiedener bodenbürtiger Pathogene und dem Krankheitsausmaß. Dies stimmt auch mit Untersuchungen von SCHOFIELD et al. (1996) überein, die eine enge Korrelation der Pathogenese von Fusarium oxysporum mit der vorhandenen Erregerdichte nachweisen konnten und eine signifikante Wachstumshemmung der Spargelpflanzen nur bei hoher Konzentration des Erregers im Boden ermittelten. BLOK und BOLLEN (1996) konnten allerdings bei einem Mischungsverhältnis 50% Nachbauerde und 50% nachbaufreier Erde keine Unterschiede zur unverdünnten Nachbauerde feststellen. Die Rhizomgewichte waren in Relation zur Kontrolle, die aus einer kommerziellen Pflanzerde bestand, signifikant verringert, während die Triebentwicklung weniger beeinflusst wurde. Analog hierzu reagierte auch in den eigenen Versuchen das Triebwachstum weniger sensitiv auf die unterschiedlich pathogenen Erden.

Alle in der puren Nachbauerde kultivierten Spargelpflanzen wiesen in Relation zur der Fruchtfolge-Variante eine signifikant reduzierte Wurzelentwicklung auf, was insgesamt auf eine um ca. 80% höhere Infektionsrate mit den bei der Erdanalyse determinierten Fusarium-arten zurückzuführen ist. Am häufigsten wurde F. oxysporum aus den Wurzeln reisoliert. Aber auch alle anderen in der Nachbauerde gefundenen Fusariumarten waren als endogene Besiedler der Wurzeln nachweisbar und sind somit direkt oder indirekt an den Abbauerscheinungen beteiligt. Zum Teil konnten auch verschiedene Fusariumarten an einem Rhizom nachgewiesen werden. Dies erschwert es, Aussagen über den ursächlichen Initialerreger bzw. über das Infek[Seite 122↓]tionsverhalten und die Einflussnahme der einzelnen Erreger an der Pathogenese konkret zu formulieren. Hinzu kommt noch die Möglichkeit, dass bei Verwendung der natürlich kontaminierten Nachbauerde auch durchaus apathogene Fusarium oxysporum -Isolate aus den Wurzeln gewonnen wurden. Hierfür sprechen der F. oxysporum -Nachweis in den untersuchten symptomlosen Wurzelproben. In Reinfektionsversuchen gelangen VAN BROECK und VAN ASCHE (1966) und VAN BAKEL und KERSTENS (1970) nur bei ca. 30% der von symptomatischen (Wurzelfäule) Spargelpflanzen erhaltenen Fusarium oxysporum -Isolaten ein Pathogenitätsnachweis für Spargel und damit eine Zuordnung zu Fusarium oxysporum f. sp. asparagi .

Für die Klärung dieser Zusammenhänge sind weitere Forschungen, v. a. pathophysiologische Untersuchungen, Infektionsversuche auf Basis der Koch`schen Postulate und gegebenenfalls PCR-Analysen, die zunehmend zur Identifizierung auch von pathogenen Fusarium spp. herangezogen werden (HERING 1997, CHIOCCHETTI 1999) und auch zur Differenzierung von Fusariumarten an Spargel seit kurzem in Erprobung sind (HENNIG 2001).

Die bräunlichen Läsionen auf einzelnen Wurzeln der nachbaufreien Erdvariante, aus denen neben F. oxysporum auch F. redolens und F. acuminatum isoliert wurden, deuten auf eine bereits am Produktionsstandort der Jungpflanzen erfolgten Infektion hin, da weder F. redolens noch F. acuminatum in dieser Erde nachgewiesen werden konnte. Befallene Jungpflanzen sind ein wichtiger Verbreitungsweg von Fusarium spp. Aufgrund der speziellen Morphologie der Spargelrhizome bleibt in dem Wurzelkonglomerat und zwischen den Knospen der Krone vermutlich ausreichend Boden haften, in dem sich auch gegen Fungizide widerstandfähige Chlamydosporen, die wichtige Vermehrungseinheiten von einigen Fusarium spp. darstellen, befinden können. Aber auch der bereits beschriebene Einfluss einer nicht auszuschließenden pathogenfördenden Vorkultur muss bei Bewertung der infizierten Wurzeln berücksichtigt werden.

Eine genaue Kenntnis der im Spargelanbau auftretenden Fusariumarten ist auch hinsichtlich einer möglichen Kontamination der Spargelstangen durch Mykotoxine von Bedeutung. So wurde von POLL (1998) auch auf geerntetem Bleichspargel Fusarium oxysporum nachgewiesen. Zu den wichtigsten Fusariumtoxinen gehören die Trichothecene (T-2-Toxin, Neosolaniol, Deoxynivaneol-DON) und Zearalenon u. a. synthetisiert von F. oxysporum, F. equiseti, F. culmorum, F. avenaceum und F. proliferatum (JOFFE 1986, SANCHIS et al. 2000, LANGSETH et al. 2000) und die hochtoxischen, kanzerogenen Fumonisine, die hauptsächlich von F. moniliforme und F. proliferatum (ENGELHARDT und WALLNÖFER 1995, [Seite 123↓]SANCHIS 2000) aber auch von F. oxysporum (SEO et al. 1999) gebildet werden können. LOGRIECO (2000) berichtet über ein von F. oxysporum f. sp. asparagi produziertes Toxin, Beauvericin (BEA). Untersuchungen über Kontaminationen von Spargelstangen mit Mykotoxinen liegen bislang kaum vor, sollten aber aufgrund des breiten Fusariumspektrums in dieser Kultur verstärkt einsetzen, auch wenn es hier überwiegend nur um einen saisonalen Verzehr dieses Gemüses handelt. Allein in Deutschland werden immerhin jährlich über 90.000 t Spargel verzehrt und dies mit zunehmender Tendenz (KAUFMANN 1999). LOGRIECO et al. (1998) ermittelten nach Befall von Spargelpflanzen mit F. proliferatum eine Kontamination mit den Mykotoxinen Fumonisin B1 und B2. Die Konzentration war in den Wurzeln allerdings bedeutend höher als in den Trieben. NIGH et al. (1999) stellten hingegen trotz hoher Infektionsraten der geernteten Spargelstangen mit Fusarium proliferatum keine Kontamination mit Fumonisin fest.

Nach MUNIMBAZI und BULLERMANN (1999) sind Bacillus subtilis und Bacillus pumilus in der Lage, die Produktion bestimmer Mykotoxine, wie beispielsweise Aflatoxine zu hemmen. Ob Rhizosphärenbakterien auch eine reduzierende Wirkung auf Fusariumtoxine haben, müssen weitere Untersuchungen prüfen, wodurch das Spektrum wichtiger Prüfmerkmale bei deren gartenbaulichem und landwirtschaflichem Einsatz erweitert wird.

5.3. Effektivität einer Fusariumprophylaxe durch Einsatz antagonistischer Rhizosphärenbakterien

In Relation zur nachbaufreien Erde war die Wurzelentwicklung in der Mischerde Z/M etwas reduziert, die Effektivität der einzelner Rhizosphärenbakterien, v. a. Bacillus subtilis FZB42, in Bezug auf das Wurzelwachstum in dieser gering pathogenbelasteten Bodensituation jedoch tendenziell gesteigert. Eine mögliche Ursache hierfür ist die Erregerpräsenz in der Mischerde und die damit verbundene Förderung der antagonistischen Wirkungsmechanismen dieser Bakterien. Zu ähnlichen Ergebnissen kamen auch SMITH et al. (1990), die bei Streptomyces behandelten Spargelsämlingen in sterilisiertem Substrat keine Wachstumsförderung, jedoch in einem Fusarium oxysporum inokuliertem Substrat eine signifikante Steigerung der Wurzelfrischmasse in Relation zur nicht bakterisierten Kontrolle verzeichneten.

Wachstumsfördernde Effekte verschiedener Rhizosphärenbakterien sind häufig in konduktiven Erdsituationen ausgeprägter oder gar überhaupt erst vorhanden (SIALA und GRAY 1974, SUSLOW und SCHROTH 1992, SCHIPPERS et al. 1987b, WELLER 1983,1988, LEMANCEAU und ALBOUVETTE 1991, FERNANDO und LINDEMANN 1995, [Seite 124↓]SCHOTTEL et al. 2001, XIAO et al. 2002). Das Wirkprinzip der Antibiose wird vornehmlich bei Interaktion mit konkurrierenden Mikroorganismen aktiviert (HEMMING 1990), was demnach auf eine vermehrte Freisetzung antifungaler Metabolite seitens des Antagonisten bei Pathogenpräsenz schließen läßt. Als mögliches Argument hierfür kann eine von WELLER (1983) nachgewiesene höhere Besiedlungrate der Rhizosphärenbakterien auf pathogeninfizierten Wurzeln im Vergleich zu gesunden Wurzeln angeführt werden. Elektronenmikroskopische Untersuchungen von ROVIRA und WILDERMUTH (1981) belegen, dass Pseudomonas spp. sich an durch Gaeumannomyces graminis var. tritici verursachten Wurzelläsionen verstärkt vermehrte. MAPLESTONE und CAMPBELL (1987) registrierten auch bei Bacillus pumilus eine dichtere Kolonisierung mit G. graminis infizierter Weizenwurzeln. Daraus läßt sich schließen, dass ein möglicher Zusammenhang zwischen einem erhöhten Nährstoffeflux und der Bakterienkonzentration an den Infektionsstellen des Pathogens besteht. Auch GANTECHEVA (1992) fand in Rhizoctonia solani kontaminierter Erde eine höhere Bacillus subtilis Population in der Rhizosphäre von Erbsen und bestätigt die bereits von OLSEN et al. (1968) ermittelte Korrelation zwischen der Präsenz dieses Erregers und der Population von B. subtilis. BENHAMOU et al. (1998) und VAN PEER et al. (1991) mutmaßen, dass auch die durch Rhizosphärenbakterien induzierten Abwehrmechanismen, wie bei Bacillus pumilus und Pseudomonas beobachtet, erst aufgrund spezieller Signale seitens des Pathogens ausgelöst werden.

Nach BOCHOW (1989), HENTSCHEL (1990), HWANG (1993) und BERGER et al. (1996) nimmt der phytosanitäre Effekt von Bacillus subtilis jedoch mit zunehmender pathogener Kontamination des Bodens ab. Dies konnte generell auch in den eigenen Untersuchungen festgestellt werden. Ein Erfolg ist nur mit einer praeinfektionellen Applikation gewährleistet, da der praktische Einsatz von Rhizosphärenorganismen im Wesentlichen nur protektiv und selten kurativ sein kann. Auch WANDKE und BOCHOW 1992, DUPPLER und BAKER (1984), COOK (1985), HUBER et al. (1987), PHILIPP (1988) MOHAMMADI und LAHDENPERÄ (1992), YUAN und CRAWFORD (1995) bestätigen generell diese Prämisse für verschiedene Rhizosphärenbakterien, auch wenn Bacillus subtilis im Wirtsgewebe nachgewiesen werden konnte (HALL et al. 1986) und somit dort einer bereits erfolgten Pathogenbesiedlung (postinfektionell) antagonistisch begegnen könnte. Dies trifft auch für das endophytische Bakterium Bacillus pumilus zu (MISAGHI und DONNDELINGER 1987, CHEN et al. 1995, BENHAMOU et al. 1998). Mit einer praeinfektionellen Anwendung soll den Antagonisten, die, wie v. a. Bacillus subtilis und andere sporenbildende Bakterien als sogenannte K-Strategen oftmals relativ geringe kompetitive Fähigkeiten besitzen, eine gegenüber dem [Seite 125↓]Pathogen bevorzugte Primärbesetzung der Wurzeln ermöglicht werden. Ist eine frühzeitige Besiedlung der Wurzeln gewährleistet, läßt sich Bacillus subtilis auch bei Pathogenpräsenz zunächst einmal nicht verdrängen (MILUS und ROTHROCK 1993, FILIPPI et al. 1987). Einer möglichen Infektion wird so bereits an ihrer Basis, durch Blockierung der erforderlichen räumlichen Koinzidenz von Pathogen und Wirt, vorgebeugt. Zudem muss der Bildung von antibiotischen Substanzen in der Regel erst eine Wachstumsphase des Bakteriums vorausgehen (KATZ und DEMAIN 1977). Auch für Streptomyces wird eine präinfektionelle Applikation als wesentliche Voraussetzung für eine erfolgreiche Fusariumprävention empfohlen (MAHAMMADI und LAHDENPERÄ 1992). Viele fakultative Parasiten durchlaufen oft in der Rhizoplane ein Vorinfektionswachstum (prepenetration growth), um ihr Inokulum­poten­tial unter Ausnutzung der dort vorhandenen Nährstoffe zu steigern. Durch frühzeitige Applikation der Rhizosphärenbakterien können also solche Nischen, in denen während der prepenetration growth-Phase erst die eigentlichen Infektionsstrukturen entwickelt werden, besetzt werden. Auch hierdurch wird wieder der eher prophylaktische und regulative und keinesfalls eradikative Charakter einer Mikroorganismenbehandlung deutlich. Eine präinfektionelle Applikation von Antagonisten ist gerade bei Spargeljungpflanzen allerdings kaum möglich, da bereits bei der Jungpflanzenproduktion eine Fusariumbesiedlung erfolgen kann. Hier könnte der zusätzliche Einsatz von Fungiziden gewisse Vorteile bei der Etablierung bestimmter Bakterien bringen. Nach BOCHOW (1989a) ist Bacillus subtilis beispielsweise gut kombinierbar mit dem fungiziden Wirkstoff Zineb.

In der stark pathogenbelasteten 'puren' Nachbauerde war die Wurzelentwicklung in Relation zur nachbaufreien Erdvariante erwartungsgemäß stark reduziert. Trotz der hohen Erreger­dichte erfolgte durch die Rhizombakterisierung dennoch eine teilweise Kompensation dieses negativen Effektes, womit die antagonistischen Fähigkeiten von Bacillus subtilis bestätigt werden konnten. Auffallend und mit signifikanter Ausprägung war dieser Kompensations­effekt bei dem Stamm FZB42. Auch KREBS et al. (1998) beschreiben diesen Bacillus subtilis-Stamm als starken Inhibitor einer Vielzahl von phytopathogenen Pilzen, unter anderem auch Fusarium oxysporum und Fusarium culmorum. Unter bestimmten in vitro-Bedingungen, wie hohe Temperatur und nährstoffreicher Agar, war er sogar FZB24 und allen anderen getesteten Bacillus subtilis-Stämmen überlegen. FZB37 zeigte dort die geringste antagonistische Leistung, was sich auch in den eigenen in vivo-Untersuchungen für die konduktive Nachbauerde nachweisen ließ. Ebenso ISSOUFU (2000) bestätigt den B. subtilis-Stamm FZB37 als schwachen Antagonisten gegen F. oxysporum bei Mais im Vergleich zu FZB24.


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Die Rhizombakterisierung hatte keinen signifikanten Einfluss auf einen Fusariumbefall der Spargelwurzeln. Nach FILIPPI et al. (1987) ist eine direkte Schutzwirkung von Bacillussubtilis gegen einen Pathogenangriffaufgrund des kontinuierlichen Populationsabbaus zeitlich begrenzt und bei Unterschreitung einer antagonistischen Kolonisierungsrate der Rhizoplane von 70-80% nicht mehr gewährleistet. Ebenso DAMICONE et al. (1982) und GROSCH (1999) sehen in einem oft nur temporären Effekt einen Mangel beim Einsatz von Rhizosphärenbakterien gegen bestimmte Pflanzenpathogene. Ob eine zusätzliche Applikation der Mikroorganismen im Gießverfahren zu verminderten Infektionsraten geführt hätte, ist fraglich. Für zukünftige Versuche sollten auch die positiven Erfahrungen von SCHMIEDEKNECHT et al. (1998) berücksichtigt werden, die zur Stabilisierung und Verlängerung des phytosanitären Effektes einer Bacillus subtilis - Behandlung eine Kombination mit kommerziellen Fungiziden verwendeten.

Bemerkenswert ist auf jeden Fall, dass trotz erfolgter Fusariuminfektion eine Verminderung der negativen Auswirkungen auf die Wurzelentwicklung zu verzeichnen war, was auf eine durch die Rhizosphärenbakterien induzierte Toleranz schließen läßt, wie sie auch von BOCHOW (1995) und GROSCH et al. (1999) beschrieben wurde. In Untersuchungen von IDRIS (2002) konnte bei Bacillus subtilis FZB42 eine wesentlich höhere Auxinsyntheseleistung beobachtet werden als bei FZB24 und FZB37. Dies erklärt den ausgeprägten Kompensationseffekt von FZB42, da auch eine bakterielle Auxin- bzw. dessen Präkursorenbildung zunehmend im Zusammenhang mit einer Toleranzinduktion diskutiert wird (BOCHOW 2001), nachdem bereits in früheren Untersuchungen von Bacillus subtilis gebildete antibiotische Verbindungen als Induktoren für eine beobachete systemische Resistenz ausgeschlossen werden konnten (BOCHOW und DEGUSSA GOBENA 1992).

Um Aussagen über die Pathogenität einiger häufig aus den Wurzeln der in der Nachbauerde kultivierten Spargelpflanzen isolierten Fuariumarten zu treffen, wurden diese Isolate in Pathogenitätstests mit Spargelsämlingen in sterilisiertem Substrat geprüft. Die Substratinokulation mit F. oxysporum, F. proliferatum und F. culmorum führte bei nichtbakterisierten Spargelsämlingen zu einer signifikanten Reduktion des Trieb- und Wurzelwachstums, womit diese Erreger als bedeutende Pathogene bei Spargel bestätigt wurden bzw. im Falle von F. proliferatum für Deutschland erstmals als solches nachgewiesen wurde. Während F. acuminatum von GOSSMANN et al. (2001) als pathogenrelevante Fusariumart bei Spargel eingestuft wird, können die eigenen Ergebnisse dies nicht unterstützen. Die typischen sichtbaren Symptome wie Triebvergilbung und Wachstumshemmung setzten bei F. oxysporum und F. [Seite 127↓] proliferatum erst 7 Wochen nach Inokulation ein. Auch weitere sechs Wochen später, bei Versuchs­­ende, waren die Pflanzen nicht abgestorben aber in Relation zur nichtinfizierten Kontrolle deutlich im Triebwachstum reduziert. Im Gewächshaus herrschten optimale Wachstumsbedingungen mit regelmäßiger Wasser- und Nährstoffversorgung, so dass die Spargelpflanzen zunächst vital und widerstandsfähig waren, während eine Fusarium oxysporum –Infektion eher unter für die Pflanze suboptimalen Konditionen, wie z. B. Wasser- oder Nährstoffmangelstress (COOK und BAKER 1989, KNAFLEWSKI und SADOWSKI 1990), niedrigem pH-Wert (HOFFMANN et al. 1994, KREBS et al. 1998) oder relativ niedrigen Bodentemperaturen (BOSLAND et al. 1988), erfolgt. Zudem bedarf es wohl einiger Zeit, bis das Pathogen vom Inokulumträger (Weizenkorn) in die Rhizosphäre expandiert und eine Besiedlung mit Infektion der Wurzeln erfolgt. Bemerkenswert ist allerdings der rasche und aggressive Verlauf der Absterbeerscheinungen bei F. culmorum, da dieser Erreger in der Regel bei Spargel selten zum Absterben der gesamten Pflanze führt. BLOK (1997) beobachtete in Gefäßversuchen bei Inokulation dieses Erregers ebenfalls ein rasches Absterben der Triebe, führt dies aber auf die noch schwach entwickelten Triebe der jungen Spargelsämlinge zurück. Von F. culmorum wird als Verursacher der sogenannten Stängel- und Fußkrankheit kaum in Verbindung mit einer Wurzelfäule berichtet (VAN BAKEL und KROM KERSTENS 1974, GORDON-LENNOX und GINDRAT 1987). Im Gegensatz dazu stehen die eigenen Ergebnisse, die stark verfaulte Wurzeln bei Versuchsende registrierten. Hier führte wahrscheinlich die Verletzung der Wurzeln mit der Schere beim Umtopfen der Spargelsämlinge in das inokulierte Substrat zu einer Besiedlung des Wurzelsystems. Neben Wunden kann F. culmorum aber auch über junge, noch ungeschützte Seitenwurzeln, wie andere Fusarium spp. auch, in die Hauptwurzeln eindringen (KAMULA 1994).

Durch die kombinierte Saatgut- und präinfektionelle Substratbehandlung mit Bacillus subtilis FZB24 konnten die negativen Auswirkungen von F. oxysporum, F. proliferatum und F. culmorum z. T. deutlich vermindert werden, auch wenn die Entwicklung der Spargelpflanzen in Relation zur pathogenfreien Kontrolle immer noch überwiegend signifikant reduziert war. Die Resultate geben jedoch Anlaß zur Vermutung, dass offensichtlich die antagonistische Kompetenz von Bacillus subtilis FZB24, je nach Fusariumart, unterschiedlich ausgeprägt ist. Bei Inokulation des Substrates mit F. oxysporum konnte durch die Bakterisierung eine deutliche Kompensation der Reduktion des Wurzelwachstums erzielt werden. In Relation zur nichtinfizierten Kontrolle wurde immerhin eine Wuchsleistung bezüglich der Parameter Wurzelfrisch- bzw. Wurzeltrockenmasse von 80% bzw. 90% erreicht. Währenddessen war der positive Einfluss des Antagonisten auf diese Prüfmerkmale in Interaktion mit F. culmorum und vor [Seite 128↓]allem F. proliferatum wesentlich geringer und mit signifikanter Ausprägung zur Kontrolle. Auch bei der Triebentwicklung lassen sich diese Tendenzen feststellen. Die Ergebnisse bestätigen neben F. culmorum insbesondere wieder F. proliferatum als relevantes Spargelpathogen. Daraus läßt sich schlußfolgern, dass die Fähigkeit von Bacillus subtilis FZB24 Wachstums­reduktionen in konduktiven Habitaten zu kompensieren auch von der Pathogenität des jeweiligen Erregers abhängt. Bereits BOCHOW und DUGASSA GOBENA (1992) registrierten bei Bacillus subtilis behandelten Tomatenpflanzen nach Inokulation des Substrates mit Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici höhere Wurzelfrischmassen als bei dem aggressiveren Pathotyp F. oxysporum f. sp. radicis-lycopersici. Ob dieses Verhalten auch bei anderen Rhizosphärenbakterien vorliegt, müssen ergänzende Untersuchungen klären. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass verschiedene Fusarium spp. gegen mykolytische Aktivitäten von Bacillus subtilis resistent sind (HARISH et al. 1998).

Fusarium oxysporum f. sp. asparagi ist das häufigste bodenbürtige Spargelpathogen. Deshalb erfolgte in einem Modellversuch bei künstlicher Substratinokulation mit diesem Erreger eine Prüfung potentieller Antagonisten in Form einer Saatgutbehandlung und präinfektionellen Gießapplikationen. Das verwendete Isolat verursachte in dem beschriebenen Infektionsstest Wachstumsreduktionen bis zu 80% mit typischen Fusariumsymptomen, wie Triebvergilbung und Wurzelnekrosen und wurde somit in Anlehnung an die Definition von NIRENBERG (1976) als pathogen eingestuft.

Der negative Effekt der Fusariuminfektion war in diesem Versuch jedoch mit einer nur um ca. 50%-igen Wuchsreduktion nicht so stark ausgeprägt wie in dem Pathogenitätstest. Auch war die Symptomatik weniger deutlich ausgeprägt. Eine wahrscheinliche Ursache hierfür liegt zum einen in der veränderten Applikation des Pathogens (Mikrosporensuspension 4 x 106 cfu/ml) mit einem möglicherweise geringerem Inokulumpotential in Relation zu der Weizenkornmethode und zum anderen in der um ca. 2 Wochen kürzeren Versuchsdauer begründet. Die Bedingungen in der Klimazelle waren während der Kulturdauer für das Pflanzenwachstum optimal und ausgeglichen, so dass vermutlich, analog zu den Gewächshausversuchen, eine relativ geringe Prädisposition gegenüber dem eingesetzten Erregerbestand. Nach Erfahrungen aus Gefäßversuchen im Gewächshaus von POLL (1996) ist eine Versuchsdauer von bis zu 15 Wochen optimal, damit Fusariumsymptome deutlich zur Ausprägung kommen können. Eine Provokation infektionsgünstiger Bedingungen, beispielsweise durch Reduzierung des pH-Wertes oder kurzzeitige Wasserunterversorgung, könnten die Entwicklung einer ein[Seite 129↓]deutigen Fusariumsymptomatik eventuell beschleunigen und damit die Versuchsdauer verkürzen.

Nur bei den Bacillus subtilis Stämmen FZB24 und FZB42 konnten in Relation zur nichtbakterisierten, mit Fusarium infizierten Kontrolle signifikante Wachstumsvorteile festgestellt werden. Da Streptomyces als allgemein starker Antibiotikabildner das Pflanzenwachstum nur geringfügig förderte, scheinen andere Wirkungsmechanismen möglicherweise einen größeren Effekt, selbst bei Pathogenpräsenz, zu haben. Die wiederum herausragende Stellung des Bacillus subtilis-Stammes FZB42 mit einer in Relation zu FZB24 um mehr als 10% gesteigerten Pflanzenentwicklung manifestiert die bereits beschriebene Phytohormonsynthese (BOCHOW 2001, IDRIS 2002) als wesentliches Wirkprinzip der antagonistischen Kompetenz. Dieser Bacillus subtilis-Stamm unterschied sich im Gegensatz zu allen anderen geprüften Rhizosphärenbakterien auch nicht signifikant zur Gesundkontrolle und bestätigt damit seine effektive Kompensationsfähigkeit. Von den guten Kulturkonditionen in der Klimakammer, wie regelmäßige Nährstoff- und Wasserversorgung und relativ hohe Temperaturen profitiert in der Regel auch das Wachstum des Nutzbakteriums. Allerdings dokumentieren in vitro Versuche von KREBS et al. (1998), dass die Hemmwirkung von Bacillus subtilis speziell gegen Fusarium oxysporum bei kühleren Inkubationstemperaturen (17 C° ) und niedrigem pH-Wert des Agars (5,7) am größten ist. Diese Feststellungen, auch wenn deren Repräsentativität für in vivo-Versuche nicht a priori unterstellt werden kann, würde die Interpretation zulassen, dass in dem Klimakammerversuch von Bacillus subtilis gebildete direkte antifungale Substanzen eine geringere Rolle spielten und somit wieder eine indirekte Wirkung über die Phytohormone in den Mittelpunkt der Diskussion stellt.

Die Spargelpflanzen zeigten bei Versuchsende nur geringfügige Triebwelkesymptome, auch auf den Wurzeln fanden sich nur vereinzelt punktuelle Nekrosen. Bei den nichtbakterisierten Kontrollpflanzen war diese Symptomatik etwas stärker ausgeprägt. Dennoch belegen die mikroskopischen Ergebnisse, dass keines der geprüften Rhizosphärenbakterien in der Lage war, eine Infektion mit F. oxysporum zu verhindern. Die dennoch festgestellte Wachstumsförderung durch die Mikroorganismen, insbesondere Bacillus subtilis FZB42 und FZB24 läßt die Schlussfolgerung zu, dass auch bei latenter Infektion durch den Einsatz dieser Rhizosphärenbakterien wesentliche Kompensationseffekte erzielt werden können. Auch GAIKWALD et al. (1985) gelang es nicht, durch eine Saatgutbakterisierung mit Bacillus subtilis eine Infektion von Kürbissämlingen mit Fusarium oxysporum zu verhindern. BENHAMOU et al. (1998) wiesen bei Tomatenpflanzen trotz praeinfektioneller Bacillus pumilus-Behandlung eine Be[Seite 130↓]siedlung der Wurzeln mit Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici nach. Allerdings berichten die genannten Autoren über geringere Infektionsraten mit kaum sichtbaren Schad­symptomen und besseres Pflanzenwachstum als in der unbehandelten Kontrolle.

Da die Konzentration von Fusariumsporen im Wirt direkt proportional zur Vehemenz des Krankheitsverlaufs ist (BAKER 1968, GAIKWALD et al. 1985) läßt sich auch vermuten, dass die Behandlungen mit den Rhizosphärenbakterien die Erregerdichte reduzierte; entweder aufgrund direkter Blockierung der Infektion oder möglicherweise auch postinfektionell durch systemische Wirkungsmechanismen, die eine Vermehrung des Pathogens in der Pflanze verhinderten. Ein entscheidender Aspekt beim gezielten Einsatz der geprüften Rhizosphärenbakterien liegt somit womöglich in deren Potential, die Erregerkonzentration unter einem für die Einleitung massiver Welkeerscheinungen erforderlichem Level zu halten, was gerade bei der perennierenden Spargelkultur, deren Leistung von einer maximalen Einlagerung von Assimilaten in das Rhizom abhängt, von besonderer Bedeutung ist. Ob dieser Effekt zeitlich begrenzt ist und eventuell durch zusätzliche Applikationen aufrechterhalten werden muss, sollte weitere Forschungstätigkeit klären. Hierbei ist auch der Entwicklung geeigneter Trägersubstanzen Beachtung zu schenken, die je nach Art der Additive einen stabilisierenden Einfluss auf die Bakterienentwicklung haben können (AMER und UTKHEDE 2000).

In Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Züchtungsforschung an Kulturpflanzen (BAZ) in Aschersleben, Institut für Resistenzforschung und Pathogendiagnostik, ergab sich die Gelegenheit im Rahmen dieser Arbeit erstmals für Fusarium oxysporum an Spargel einen PTA-ELISA-Test zu prüfen. Das Antiserum reagierte auf F. oxysporum in den infizierten Proben mit Werten zwischen A405=0,107 und A405=0,207. Mit der Gesundkontrolle erfolgte hingegen keine Kreuzreaktion. Die Proben stammten von einzelnen tiefgefrorenen Pflanzen Fusarium infizierter, nicht bakterisierter Kontrollpflanzen verschiedener Versuchsreihen. Eine Aufnahme in den Ergebnisteil wurde wegen des relativ geringen und nicht einheitlichen Probenmaterials unterlassen. Dennoch sollen diese Resultate in dem Zusammenhang mit der eben diskutierten Fusariumtoleranz nicht unerwähnt bleiben und möglicherweise weitere Versuche folgen lassen. Denn die spektralphotometrische Analyse des ELISA erlaubt quantitative Aussagen, da die Farbintensität proportional zur Erregermenge ist. Mit diesem Diagnoseverfahren könnten relativ schnell Informationen über einen Einfluss verschiedener Rhizosphärenbakterien auf die Erregerdichte in der Pflanze gewonnen werden und bei einem Screening potentieller Antagonisten hilfreich sein.


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Da auch eine anemochore Ausbreitung von Fusarium oxysporum möglich ist (DAMICONE und MANNING 1985, DUMROESE 1998), sind die drei befallenen Wurzelproben der Gesundkontrolle wahrscheinlich auf einen Transport von Sporen in der Luftzirkulation der Klimaanlage zurückzuführen. Aber auch eine mögliche Kontamination des Saatgutes ist nicht auszuschließen (INGLIS 1980).

Auch wenn die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse aus den Modellversuchen in die Praxis, mit mannigfaltigen und komplexen, kaum kalkulierbaren biotischen und abiotischen Einflussfaktoren, begrenzt ist, läßt sich aus den gewonnenen Erkenntnissen dieser Arbeit dennoch schlussfolgern, dass der Einsatz von Rhizosphärenbakterien eine Infektion mit Fusarium oxysporum zwar nicht verhindern kann, die Toleranz gegenüber dem Erreger aber, insbesondere durch die Bacillus subtilis-Stämme FZB42 und FZB24, positiv stimuliert wird. In der nachgewiesenen Fähigkeit zur Kompensation negativer Auswirkungen einer Fusariuminfektion liegt u. a. eine potentielle Perspektive, Nachbaustandorte für einen erfolgreichen Spargelanbau zu erschließen. Während Bacillus subtilis FZB24 bereits als kommerzielles Präparat zur Verfügung steht, sollten die positiven Ergebnisse mit dem Stamm FZB42 dazu beitragen, die Einführung in den praktischen Einsatz zu forcieren. Als weiterer Forschungsimpuls sollten auch Kombinationen von Bacillus subtilis mit weiteren, womöglich besseren Rhizosphärenbesiedlern, wie z. B. Pseudomonas-. oder Trichoderma-Arten im Pathosystem Asparagus officinalisFusarium oxysporum f. sp. asparagi und, wie in dieser Arbeit auch nachgewiesen, anderer pathogener Fusarium spp. in zukünftige Untersuchungen einbezogen werden.


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03.03.2004