HUMBOLDT-UNIVERSITÄT ZU BERLIN

Untersuchungen zum Einfluss spezieller Rhizosphärenbakterien auf Pflanzen­wachstum und Fusarium spp.–Toleranz bei Spargel (Asparagus officinalis L.)

DISSERTATION

zur Erlangung des akademischen GradesDoctor rerum agriculturarum(Dr. rer. agr.)

eingereicht an derLandwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultätder Humboldt-Universität zu Berlin

vonDipl.-Ing.-agr. Fritz Lord
geboren am 14.05.1963 in Lieser

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin:
Prof. Dr. Jürgen Mlynek

Dekan: Dekan der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät:
Prof. Dr. Uwe Jens Nagel

Gutachter:
1. Prof. Dr. Friederike Kaufmann
2. Prof. Dr. Dr. h. c. Helmut Bochow
3. Prof. Dr. Bernd Geyer

Tag der Disputation: 02.12.2002

Für Jutta, Lulu und Fritzi

Abstract

Lord, Fritz: Effects of specific rhizobacteria on plant growth and Fusarium spp. tolerance of asparagus ( Asparagus officinalis L.). Dissertation Humboldt University Berlin, Faculty of agricultural and horticultural science.

The effects of the rhizobacteria Bacillus subtilis, Strain FZB 24, FZB 37and FZB 42, Bacillus pumilus RK 13, Streptomyces graminofaciens N6 and the alga Ascophyllum nodosum (Goemar Fruton Spezial®) on plant growth, yield and Fusarium spp. tolerance of Asparagus officinalis (L.) were investigated. The trials were carried out under field conditions over several years by sawing and planting and as pot trials in the greenhouse and climate chamber with soil naturally infested with Fusarium spp. and with steamed substrates inoculated with particularly Fusarium species.

Asparagus replant soil was considerable higher infested with Fusarium spp. (56 %) than fresh soil without asparagus history (14 %). F. oxysporum was the most determined Fusarium species followed by F. redolens, F. acuminatum, F. culmorum, F. proliferatum, F. solani a.o.. That indicates the complex character of root and crown rot of asparagus. From asparagus plants cultivated in replant soil a significant higher rate of Fusarium isolations (80 %) could be worked out compared to the fresh soil treatment. The root growth in the contaminated soil was extremely reduced. In these conductive situation bacterial treatments with B. subtilis FZB 42 done as rhizom soaking (107cfu/ml) resulted in significantly increased root growth up to 32, 9 % related to the non treated control. B. subtilis FZB 37 was ineffective.

F. oxysporum, F. culmorum and F. proliferatum showed a high pathogenicity to asparagus seedlings, manifested in significantly reduced fresh and dry weights of shoots and roots, while F. acuminatum caused only slight symptoms. None of the tested microorganisms applicated as seed coating (108  cfu/ml) and substrate drenching before pathogen inoculation (107 cfu/ml) could prevent seedlings from being infected by F. oxysporum f. sp. asparagi. The negative effects of infection are significantly compensated by Bacillus subtilis FZB 42 and FZB 24. The results support the conclusion, that induced tolerance is a potential mechanism of bacterial mode of action.

Under field conditions rhizom bacterization of one year old asparagus plants (107 cfu/ml) before planting and additional soil drenching (108 cfu/ml/1,5l/m) during the following two years reduced shoot length, shoot diameter and yield, especially in combination with Goemar Fruton Spezial®. There was no remarkable influence on spear quality. Seed coating with B. subtilis FZB 24 (108 cfu/ml) and a soil drenching (108 cfu/ml/1l/m) in summer however resulted in higher shoots and significantly increased fresh weight and dry substance of roots. But also the other tested microorganisms showed a plant growth promoting trend. There was a significant positive correlation between root fresh weight and number of buds. By spraying the phylloclads four times during the main vegetation season the alga application only gave a slight improvement of plant growth in the field trials.

Keywords: Bacillus subtilis , Bacillus pumilus , Streptomyces , Fusarium , Asparagus, Plant Growth Promoting Rhizobacteria

Kurzfassung

Lord, Fritz: Untersuchungen zum Einfluss spezieller Rhizosphärenbakterien auf Pflanzenwachstum und Fusarium spp.-Toleranz bei Spargel (Asparagus officinalis L.). Dissertation Humboldt Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät.

Der Einfluss der Rhizosphärenbakterien Bacillus subtilis FZB 24, FZB 37, FZB 42, Bacillus pumilus RK 13 und Streptomyces graminofaciens und des Algenpräparates Goemar Fruton Spezial® (Ascophyllum nodosum) auf Wachstum, Ertrag und Toleranz gegenüber Fusarium spp. bei Spargel wurde untersucht. Es wurden mehrjährige Parzellenfeldversuche und Modellversuche unter kontrollierten Bedingungen mit natürlich Fusarium spp. belasteten Böden und mit speziellen Fusarium Erregern inokulierten Substraten durchgeführt.

Die Analyse des verwendeten Nachbaubodens ergab eine wesentlich höhere Kontamination mit Fusarium spp. (56%) in Relation zum Fruchtfolgeboden (14%). F. oxysporum war die dominante Fusariumart. Desweiteren wurde eine ganze Reihe anderer Arten, wie z.B. F. acuminatum, F. culmorum, F. proliferatum und F. culmorum bestimmt, was die Komplexität der Wurzel- und Stängelfäuleerkrankung belegt. Analog zu diesem Ergebnis konnten im Vergleich zur Fruchtfolgevariante von den in dem Nachbauboden kultivierten Spargelpflanzen signifikant mehr Fusarium spp. (80%) isoliert werden. Das Wurzelwachstum war hier extrem reduziert. Unter diesen konduktiven Bedingungen gelang es durch Rhizombakterisierung (107 cfu/ml) mit B. subtilis FZB 42, eine signifikante Förderung des Wurzelwachstums relativ zur unbehandelten Kontrolle und zur B. subtilis FZB 37 Variante zu erzielen.

In Pathogenitätstests konnten F. culmorum, F. oxysporum und F. proliferatum als bedeutende Spargelpathogene mit signifikant reduzierter Trieb- und Wurzelmasse nachgewiesen werden, während F. acuminatum nur geringe Symptome verursachte. Eine bakterielle Saatgutbeizung (108 cfu/ml) und zusätzliche präinfektionelle Gießapplikation (107 cfu/ml) konnte eine Infektion mit F. oxysporum f.sp. asparagi nicht verhindern. Dennoch waren die negativen Effekte im Vergleich mit der nicht bakterisierten Kontrolle in den B. subtilis Varianten FZB 24 und vor allem bei FZB 42 deutlich kompensiert. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass eine Resistenz- bzw. Toleranzinduktion ein potentieller Wirkmechanismus der Bakterien ist.

In den Feldversuchen erbrachte eine Bakterisierung einjähriger Rhizome (107 cfu/ml) zur Pflanzung und ergänzende Gießbehandlungen (108 cfu/ml/1,5l/m) in den folgenden 2 Jahren eine tendenzielle Reduzierung der Trieblänge und des Triebdurchmessers, insbesondere in Kombination mit dem Algenpräparat. Einen eindeutigen Einfluss auf das Sortierungsergebnis konnte nicht nachgewiesen werden. Im Gegensatz hierzu resultierte eine Saatgutbakterisierung mit B. subtilis FZB 24 in einem generell geförderten Triebwachstum und einer signifikant gesteigerten Wurzelentwicklung. Auch die anderen Mikroorganismen erbrachten eine tendenzielle Wuchsförderung. Es konnte eine gesicherte Korrelation zwischen Wurzelmasse und Knospenanzahl ermittelt werden. Blattapplikationen mit Goemar Fruton Spezial® während der Hauptvegetationsphase hatten keinen Einfluss auf das Pflanzenwachstum.

Eigene Schlagworte: Bacillus subtilis , Bacillus pumilus , Streptomyces , Fusarium , Spargel, Rhizosphärenbakterien

Inhaltsverzeichnis

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03.03.2004