Prospects for the beneficial use of arbuscular mycorrhizal fungi in horticulture in combination with organic and inorganic fertilizers [Elektronische Ressource] / von Henrike Perner

Henrike Perner

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• Publié le: 01 janvier 2006
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• Langue: English
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Extrait

Humboldt Universität zu Berlin
Dissertation
Prospects for the beneficial use
of arbuscular mycorrhizal fungi in
horticulture in combination with
organic and inorganic fertilizers
Zur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum agriculturarum
(Dr. rer. agr.)

eingereicht an der
Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät
der Humboldt-Universität zu Berlin
von
Dipl. agr. biol. Henrike Perner
19.08.1975 Jülich
Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. Christoph Markschies
Dekan der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät
Prof. Dr. Dr. h.c. Otto Kaufmann
Gutachter:
1. Prof. Dr. Eckhard George
2. Prof. Dr. Christof Engels
Tag der mündlichen Prüfung: 29.08.2006
Abstract
Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi can be beneficial for horticultural crops due to
their nutrient acquisition properties and stimulation of the plant metabolism. The pre-
sent work focuses on the prospects of AM fungi a) to solve plant nutritional problems,
b) to induce flower development of ornamental plants, and c) to improve the health
potential of crop plants for humans.
Contribution of AM fungi to plant nutritional problems were investigated with leek,
pelargonium and poinsettia plants on peat-based substrates with 20% and 40% com-
post additions. Moreover, lettuce plants were supplied on peat-based substrates with
substrate own P, rock phosphate, or highly soluble P. Bunching onion and chinese chive
+ -were propagated on perlite in nutrient solution with low, medium and high NH :NO 4 3
-ratios. Mycorrhizal colonization, dry weight, and N, P, K, S, NO , Mg and Zn concen-3
trations in plants were measured.
Mycorrhizal effects on bud and flower development of pelargonium and poinsettia
plants were investigated on peat-based compost substrates.
Treatment effects on secondary metabolites in bunching onion and chinese chive
were determined by exposing mycorrhizal and non mycorrhizal plants to three
+ -NH :NO supply ratios. The metabolites measured were glucose, fructose, and su-4 3
crose, total soluble solids, and organosulfur compounds (measured as pyruvic acid).
Colonization improved plant nutrient status and flower development. Under the de-
scribed experimental conditions, however, plants did not consistently benefit in growth
or plant composition from the mycorrhizal symbiosis. Additions of compost were a
means of improving the substrate quality for an increased plant nutrient acquisition
and plant growth in organic horticulture. The plant quality of Allium species in respect
to organosulfur compounds was increased by taking the individual Allium species into
+ -consideration, their specific requirements for an optimal NH :NO supply ratio, and a 4 3
possible AM effect on plant growth.

Keywords
Allium spec., ammonium, arbucular mycorrhizal fungi, compost, flower develop-
ment, lettuce, nitrate, organic horticulture, organosulfur compounds, peat, pelargo-
nium, poinsettia, rock phosphate
Kurzfassung
Aufgrund seines Nährstoffaneignungsvermögens und Stimulierung des Pflanzenme-
tabolismus kann der arbuskuläre Mykorrhiza (AM) Pilz im Gartenbau nutzbringend
eingesetzt werden. Der Fokus der Arbeit liegt auf den Möglichkeiten des AM Pilzes a)
pflanzenernährerische Probleme zu lösen, b) die Blütenbildung bei Zierpflanzen zu
steigern und c) das Gesundheitspotential von Gemüse für den Menschen zu erhöhen
(sekundäre Pflanzenmetaboliten).
Zur Lösung pflanzenernährerischer Probleme wurden Porree, Pelargonie und Poin-
settie auf Torf-Substraten mit 20% und 40% Kompostzusatz untersucht. Ferner wurde
Salat auf Torf-Substrat mit drei P Behandlungen getestet: substrateigenes P, Rohphos-
phat und lösliches P. Frühlingszwiebeln und Schnittknoblauch wurden in Nährlösun-
+ -gen auf Perlit mit niedrigem, mittlerem und hohem NH /NO Verhältnis ernährt. 4 3
-Gemessen wurde die AM Kolonisation, die Trockenmasse und die N, P, K, S, NO , Mg 3
und Zn Konzentrationen im Spross.
Die Blütenbildung von Pelargonien und Poinsettien wurde auf Torf-Kompost-
Substraten untersucht.
Der Einfluss auf die sekundäre Metaboliten von Frühlingszwiebeln und Schnittknob-
+ -lauch wurde zusammen mit drei NH /NO Verhältnissen geprüft (s.o.). Untersucht 4 3
wurden Glukose, Fruktose, Saccharose, lösliche Feststoffe und organische Schwefelver-
bindungen (gemessen als Pyruvat).
Eine AM Kolonisation konnte die Nährstoffversorgung der Pflanze verbessern und
die Blütenbildung erhöhen. Jedoch profitierten die Pflanzen unter den beschriebenen
experimentellen Bedingungen nicht durchgängig in ihrem Wachstum und Metaboliten
vom AM Pilz. Die Zugaben von Kompost ermöglichte die Verbesserung der Substrat-
qualität für die Nährstoffversorgung und das Pflanzenwachstum unter ökologischen
Gartenbaubedingungen. Der Ertrag von gesundheitsfördernden organischen Schwefel-
verbindungen konnte in Abhängigkeit von der jeweiligen Allium Spezies, durch eine
Variation des Ammonium/Nitrat Verhältnissen und/oder durch einen AM Effekt auf
das Wachstum gesteigert werden.

Schlagwörter
Allium spec., Ammonium, arbukulärer Mykorrhizapilz, Blütenbildung, Nitrat, ökolo-
gischer Gartenbau, organische Schwefelverbindungen, Pelargonie, Poinsettie, Roh-
phosphat, Salat, Torf-Kompost Substrat Contents
1 General Introduction 2
1.1 MYCORRHIZAL SYMBIOSIS ........................................................................................................ 2
1.1.1 Arbuscular mycorrhizal colonization (mycorrhization) .................................................. 3
1.1.2 Arbuscular mycorrhizal fungi in organic farming .......................................................... 4
1.1.3 Characteristics of arbuscular mycorrhizal nutrient uptake ............................................ 4
1.1.4 Changes of secondary metabolism by AM: phytohormones and flowering..................... 7
1.2 PLANT MECHANISMS FOR UPTAKE AND ASSIMILATION OF NITROGEN UND SULFUR.................... 9
1.2.1 Sulfate uptake..................................................................................................................9
1.2.2 Nitrogen uptake............................................................................................................... 9
1.2.3 Sulfur and nitrogen interactions.................................................................................... 12
1.3 FORMATION OF ORGANOSULFUR COMPOUNDS AND THEIR CONTRIBUTION TO HUMAN HEALTH14
1.4 CHARACTERISTICS OF THE TEST PLANT SPECIES ...................................................................... 17
1.4.1 Alliaceae........................................................................................................................ 17
1.4.2 Lettuce........................................................................................................................... 18
1.4.3 Pelargonium.................................................................................................................. 18
1.4.4 Poinsettia ......................................................................................................................18
1.5 COMPOST................................................................................................................................. 19
1.6 RESEARCH FOCUS.................................................................................................................... 19
2 EFFECT OF MYCORRHIZAL INOCULATION AND COMPOST SUPPLY ON GROWTH
AND NUTRIENT UPTAKE OF YOUNG LEEK PLANTS GROWN ON PEAT-BASED
SUBSTRATES........... 23
2.1 ABSTRACT 23
2.2 INTRODUCTION........................................................................................................................ 23
2.3 MATERIAL AND METHODS ...................................................................................................... 25
2.3.1 Overview on experimental design and cultivation ........................................................ 25
2.3.2 Substrate preparation and characterization ................................................................. 26
2.3.3 Water-holding capacity................................................................................................. 27
2.3.4 Inoculation with AM fungi............................................................................................. 27
2.3.5 Harvest and plant analysis............................................................................................ 28
2.3.6 Statistics ........................................................................................................................ 28
2.4 RESULTS.................................................................................................................................. 29
2.4.1 Experiment 1 ................................................................................................................. 29
2.4.2 nt 2 30
2.5 DISCUSSION............................................................................................................................. 31
3 ACCESSIBILITY OF PHOSPHATE TO LETTUCE PLANTS IN