The antagonistic mechanisms employed by Trichoderma harzianum and their impact on the control of the bean rust fungus Uromyces appendiculatus [Elektronische Ressource] / von Lars Burmeister

Lars Burmeister

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• Publié par: gottfried_wilhelm_leibniz_universitat_hannover
• Publié le: 01 janvier 2008
• Nombre de lectures: 38
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

The Antagonistic Mechanisms

Employed by Trichoderma harzianum

and their Impact on the Control
of the Bean Rust Fungus Uromyces appendiculatus






Von der Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
zur Erlangung des Grades eines

Doktors der Gartenbauwissenschaften
– Dr. rer. hort. –
genehmigte Dissertation
von

Dipl.-Ing. agr. Lars Burmeister
geboren am 28.06.1977 in Flensburg







2008

Diese Arbeit wurde angefertigt am Institut für Pflanzenkrankheiten und Pflanzenschutz der
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover.



Referent: Prof. Dr. Bernhard Hau
Institut für Pflanzenkrankheiten und Pflanzenschutz,
Naturwissenschaftliche Fakultät der
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover,
Herrenhäuser Straße 2, 30419 Hannover

Korreferent: Prof. Dr. Petr Karlovsky
Fachgebiet für Pflanzenpathologie und Pflanzenschutz,
Department für Nutzpflanzenwissenschaften,
Fakultät für Agrarwissenschaften der
Georg-August-Universität Göttingen,
Grisebachstraße 6, 37077 Göttingen



Tag der Promotion: 12. März 2008



















































Vollendet wird eine Doktorarbeit durch schreiben, schreiben, schreiben.
Logischerweise gilt hier nur ein Gebot: scribere necesse est.

Ingo von Münch
„Promotion“
Zusammenfassung
Zusammenfassung


Die Pilzart Trichoderma harzianum ist bekannt als Antagonist gegenüber einem breiten
Spektrum an phytopathogenen Pilzen. Einige Isolate von T. harzianum sind in Form von
kommerziellen Präparaten erhältlich und lassen sich so in integrierten oder ökologischen
Pflanzenproduktionssystemen einsetzen. Um die Entwicklung anderer Pilze zu
kontrollieren bzw. zu hemmen, nutzt T. harzianum verschiedene antagonistische
Mechanismen wie Konkurrenz, Parasitismus, Antibiose oder die Induktion von
Resistenzen in Pflanzen.
Ziel dieser Dissertation war es, Profile über das antagonistische Potential von sechs
T. harzianum-Isolaten zu erstellen, von denen fünf aus kommerziellen Produkten
stammten. Darüber hinaus sollten die von ihnen genutzten antagonistischen
Mechanismen evaluiert werden. Hierbei lag das Hauptaugenmerk auf der Kontrolle des
Bohnenrosterregers Uromyces appendiculatus.
Die sechs T. harzianum-Isolate wurden hinsichtlich ihres Wachstumsverhaltens,
ihrer Konkurrenzkraft und mykoparasitischen Aktivität, der Produktion extrazellulärer
Enzyme mit lytischer Funktion und der Absonderung gasförmiger und nicht-gasförmiger
Metabolite mit antifungaler Wirkung untersucht. Die daraus resultierenden Profile
enthalten Informationen bezüglich der Wachstumsrate und des Sporulationspotentials der
T. harzianum-Isolate sowie ihrer Kompetitivität und parasitischen Aktivität gegenüber
Botrytis cinerea, Pythium ultimum und Rhizoctonia solani. Die lytische Aktivität der
abgesonderten Zellulase, Glukanase, Chitinasen und Proteasen wurde auf festen
Agarmedien und in Flüssigkultur festgestellt. Darüber hinaus wurde der antibiotische
Einfluss von Metaboliten, die in flüssiges Kulturmedium abgegeben wurden, und der
Einfluss von gasförmigen Metaboliten auf verschiedene Phytopathogene ermittelt.
Diese experimentell in vitro gewonnenen Daten vermitteln einen interessanten
Eindruck über die Eigenschaften und Möglichkeiten der T. harzianum-Isolate. Dabei wird
die große Variabilität innerhalb der Art T. harzianum herausgestellt. Diese macht es
notwendig, umfangreiche Untersuchungen durchzuführen, um einzelne Isolate zu finden,
die den Anforderungen genügen, die von der Wissenschaft, aber auch durch die
praktische Nutzung in Form kommerzieller Produkte an sie gestellt werden.
Sporensuspensionen und Kulturfiltrate der sechs T. harzianum-Isolate wurden
hinsichtlich ihrer Fähigkeit evaluiert, Infektionen von Bohnenblatt-Scheiben durch
U. appendiculatus zu reduzieren sowie die Keimung und das Keimschlauchwachstum von
Uredosporen des Bohnenrosterregers zu verhindern. Die Wirkung von protektiven
Behandlungen mit T. harzianum reichte von keinem sichtbaren Effekt bis zu einer
III Zusammenfassung
Verringerung der Anzahl an Rostpusteln von über 50%. Zwischen dem Wirkungsgrad der
Sporensuspensionen in den Blattscheiben-Experimenten und dem Wirkungsgrad von
Kulturfiltraten der entsprechenden T. harzianum-Isolate in Keimtests ließen sich
interessante Übereinstimmungen feststellen. Dies weist darauf hin, dass die antifungalen
Effekte von Sporensuspension und Kulturfiltrat des jeweiligen T. harzianum-Isolats
zumindest teilweise durch die gleichen sekundären, antibiotisch wirkenden Metabolite
verursacht werden.
Die Wirkung von Sporensuspensionen und Kulturfiltraten der effektivsten
T. harzianum-Isolate T12 und T gegenüber dem Bohnenrosterreger konnten in U
Gewächshausexperimenten bestätigt werden. Auch hier ließ sich die Wirkung einer
protektiven Behandlung der Blattflächen von Bohnenpflanzen mit den Agenzien durch
Antibiose erklären. Zusätzlich wurde die Induktion systemischer Resistenz in
angrenzenden Fiederblättern festgestellt. Diese wurde insbesondere durch das Isolat T U
ausgelöst.
Durch das Benetzen von Bohnensaatgut mit Sporensuspensionen und die
Applikation von T. harzianum-Sporen in das Substrat wurde keine Erhöhung der
Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Bohnenrost erreicht. Stattdessen kam es zu einem
verringerten Wachstum der so behandelten Pflanzen.
Abschließend wurden Profile der sekundären Metabolite, die von den sechs
T. harzianum-Isolaten produziert worden waren, erstellt. Die Analyse dieser Profile hatte
die Identifikation solcher Substanzen zum Ziel, die möglicherweise für die antibiotischen
Effekte der Kulturfiltrate verantwortlich waren. Dabei wurden mehrere Substanzen
gefunden, deren molekulare Massen mit denen von bekannten sekundären Metaboliten
von T. harzianum übereinstimmten. Diese wurden im Hinblick auf ihren potentiellen
Einfluss insbesondere auf die Interaktion zwischen dem produzierenden T. harzianum-
Isolat und dem Bohnenrosterreger U. appendiculatus evaluiert.


Trichoderma harzianum, Bohnenrost, Antibiose








IV Abstract
Abstract


The fungal species Trichoderma harzianum is well-known for its antagonism towards a
wide range of phytopathogenic fungi. Several strains of T. harzianum have been
formulated into preparations, which are commercially available for use in integrated and
ecological plant production systems. To exert its activity in terms of controlling or inhibiting
the development of other fungi, T. harzianum employs several antagonistic mechanisms
like competition, parasitism, antibiosis, or the induction of plant resistance.
The aim of this thesis was to create profiles of the antagonistic potential of six
T. harzianum strains, five of them being isolated from commercial products, and to
evaluate the antagonistic mechanisms employed by them with emphasis on the control of
the bean rust fungus Uromyces appendiculatus.
The six T. harzianum strains were tested for their growth performance, their
competitive and mycoparasitic activity, their production of extracellular enzymes with lytic
function, and the release of volatile and non-volatile metabolites with antifungal activity.
The resulting profiles contain information on mycelial growth rate and sporulation potential
of the T. harzianum strains, on their competitiveness and their parasitic activity towards
Botrytis cinerea, Pythium ultimum, and Rhizoctonia solani. The lytic activity of secreted
cellulase, glucanase, chitinases, and proteases was determined on solid agar and in liquid
culture medium. Furthermore, the antibiotic activity of non-volatile metabolites secreted
into the liquid culture medium as well as the impact of volatile metabolites on various
phytopathogens was assessed.
These data give an interesting insight into the properties and in vitro capabilities of
the T. harzianum strains and emphasize the high variability within the species
T. harzianum, which makes it necessary to perform extensive screenings to find single
strains that sufficiently meet the needs of scientists or users of commercially formulated
products.
Spore suspensions and culture filtrates of the six T. harzianum strains were
evaluated regarding their ability to reduce infection of bean leaf discs by
U. appendiculatus and to inhibit germination and germ tube growth of bean rust
uredospores. Efficacy levels of protective T. harz