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Schnelles Wachstum von Trichoderma und seine stark konkurrierende Kraft
Trichoderma sind Pilze die in der Umwelt und vor allem im Boden allgegenwärtig sind. Städtische Böden weisen im Vergleich zu natürlich entstandenen Böden oft eine deutlich geringere mikrobielle Aktivität auf. Eine Möglichkeit, dieses Gleichgewicht wiederherzustellen, ist die Verwendung von Trichoderma.
Sie zeichnen sich durch einen kurzen Lebenszyklus und hohe Wachstumsraten bei optimalen Bedingungen von bis zu 2 cm/Tag aus. Im Vergleich dazu liegen die Wachstumsraten von z. B. Basidiomyzeten (Ständerpilze, Abteilung welche die häufigsten Schaderreger an Bäumen vorweist) in der Regel bei 1 bis 2 mm/Tag und die Lebenszyklen erstrecken sich von 1 bis zu mehreren Jahren.
Die optimale Temperatur für Wachstum und Keimung liegt bei 20-25 °C. Die Konidien (asexuelle Sporen, s. Abbildung 1) sind grün-pigmentiert und können kühlere Temperaturen überdauern (wie sie z. B. im Winter vorkommen) in dem sie in eine Art Ruhestarre verfallen und dann wieder auskeimen sobald die Temperaturen wärmer sind (ab ca. 12 °C). Trichoderma selbst ernährt sich von toter organischer Substanz, von Substanzen die von der Wurzel ausgeschieden werden oder durch Mykoparasitierung von anderen Pilzen.
Wichtige Strukturen von Trichoderma atrobrunneum
Konidien
Die grün-pigmentierten Sporen von Trichoderma atrobrunneum werden durch die Umbildung von speziellen Hyphen asexuell gebildet. Sie dienen als Verbreitungsorgane der asexuellen Vermehrung. Quelle: Empa.
Chlamydosporen und Konidien
Chlamydosporen sind die dickwandigen (im Foto blau angefärbt) Überdauerungsformen von Trichoderma atrobrunneum. Mit Hilfe dieser Chlamydosporen kann Trichoderma atrobrunneum unter widrigen Bedingungen (Hitze, Nahrungsmangel) in dieser Form, bis zu Jahrzehnte überdauern und keimt dann wieder aus, sobald die Bedingungen geeignet sind. Im Vergleich zu den Chlamydosporen sind die grün-pigmentierten Sporen viel kleiner und werden in viel höherer Zahl gebildet. Quelle: Empa.
Hyphen
Fadenförmige Zellen von Trichoderma atrobrunneum, welche durch Trennwände (Septen) in Abschnitte eingeteilt sind. Dabei bezeichnet das Myzel die Gesamtheit aller Hyphen eines Pilzes. Quelle: Empa.
Phialiden und Hyphen
Phialiden (Einzahl Phialidus) sind flaschenförmige Zellen an denen die Konidien von Trichoderma atrobrunneum gebildet werden. Quelle: Empa.
Mykoparasitierung
Trichoderma selbst ernährt sich von toter organischer Substanz, von Substanzen die von der Wurzel ausgeschieden werden oder durch Parasitierung von anderen Pilzen.
Effiziente Nutzung von Raum und Nahrung
Trichoderma atrobrunneum weist eine hohe Konkurrenzkraft um Nahrung und Raum auf, da es schnell wachsen kann und Nahrungsquellen effizient nutzt. Anderen, ebenfalls bodenbürtigen Organismen, werden somit Raum und Wachstumsfaktoren genommen, die sie für ihre Entwicklung brauchen. Zusätzlich zeigt sich die hohe Konkurrenzkraft von Trichoderma atrobrunneum in der hohen Produktion von Konidien und Chlamydosporen (Überdauerungsstadium des Pilzes). Die optimale Temperatur für Wachstum und Keimung liegt bei 20-25 °C. Die Konidien (asexuelle Sporen, sind grün-pigmentiert und können kühlere Temperaturen überdauern (wie sie z. B. im Winter vorkommen) indem sie in eine Art Ruhestarre verfallen und dann wieder auskeimen, sobald die Temperaturen wärmer sind (ab ca. 12 °C).
Wachstumsverhalten von Trichoderma atrobrunneum
im Vergleich zu einem holzzersetzenden Pilz über 4 Wochen:
Unterstützt Wachstum und fördert Nährstoffaufnahme
Ein weiterer positiver Effekt von Trichoderma atrobrunneum ist die Anregung des Wurzel- und Pflanzenwachstums. Trichoderma selbst produziert Auxine, die es an die Pflanze weitergibt. Zudem ist Trichoderma in der Lage im Boden vorhandene Nährstoffe für die Pflanze besser verfügbar zu machen. Durch das Produzieren von organischen Säuren, wir lokal der ph-Wert reduziert und die Löslichkeit von Phosphaten, Mikronährstoffen und z. B. Eisen etc. erhöht. Dadurch werden die vorhandenen Nährstoffe besser pflanzenverfügbar.
Trichoderma atrobrunneum löst eine Präimmunisierung in der Wirtspflanze aus
Trichoderma-Stämme sind seit langem als biologische Wirkstoffe für ihre Fähigkeit das Wurzelwachstum und die -entwicklung, die Pflanzenproduktivität, die Resistenz sowie die Aufnahme und Nutzung von Nährstoffen zu erhöhen, anerkannt. Ein aktuelles Forschungsfeld beschäftigt sich mit der induzierte Resistenz welche durch Trichoderma ausgelöst wird. Dabei zeigten verschiedene Pflanzen (sowohl mono- als auch zweikeimblättrige Arten) bei der Vorbehandlung mit Trichoderma eine erhöhte Resistenz (Harman et al., 2004).
Abbildung 1: Die in der Pflanze ausgelöste Präimmunisierung durch Trichoderma atrobrunneum führt dazu, dass in der Pflanze Botenstoffe produziert werden, welche die Produktion von Abwehrstoffen auslöst.
Trichoderma-Stämme, die in der Lage sind eine Verbindung mit den Wurzeln der Pflanze einzugehen (wie Trichoderma atrobrunneum), lösen metabolische und genomische Veränderungen in dieser Pflanze aus (Mastouri, 2010; Singh et al., 2011). Diese Veränderungen führen dazu, dass die Resistenz der Wirtspflanze erhöht ist.
Die Reaktion der Pflanze wird auch induzierte systemische Resistenz oder Präimmunisierung genannt. Bei der Präimmunisierung der Pflanze durch Trichoderma werden Botenstoffe produziert, welche zur Produktion von Abwehrstoffen in der Pflanze führen. (Abbildung 2).
Abbildung 2: Trichoderma ist in der Lage, innerhalb der ersten beiden Zellschichten der Wirtswurzel zu wachsen. Durch die Produktion von Proteinen und Enzymen wird die Produktion von Signalmolekülen angeregt, die für die Übertragung von Signalen bei einem Erregerangriff verantwortlich sind und Abwehrreaktionen in der Pflanze auslösen. Darüber hinaus können durch Trichoderma Zellwandfragmente in der Wurzel der Wirtspflanze freigesetzt werden, was wiederum zu einer Abwehrreaktion der Pflanze führt (Auszug aus Harman et al. 2004).
Hinweis: Wenn nicht anders angegeben, wurden Textabschnitte aus dem folgenden Buch entnommen: “Biotechnology and Biology of Trichoderma” (2014): Kapitel 40 “Trichoderma: A Silent Worker of Plant Rhizosphere” geschrieben von A. Singh, B.K. Sarma, H.B. Singh und R.S. Upadhyay. Herausgeber: Elsevier.