Allelochemikalien im Wurzelbereich d. Umbellifere Peucedanum

Ökologische Wechselbeziehungen sind in der Regel sehr komplex und eine Erforschung ist meist nur interdisziplinär möglich. Im Rahmen des vorliegenden Projektes soll der Einfluß von pflanzlichen Allelochemikalien (=Sekundärstoffe) auf die unmittelbar im Wurzelbereich vorkommenden Mikropilze näher untersucht werden. Allelochemikalien sind Stoffwechselprodukte der Pflanze, die für lebenserhaltende Prozesse wie Photosynthese und Atmung keine Bedeutung haben, denen aber eine wichtige Rolle für das Überleben der Pflanze im Ökosystem zugeschrieben wird. Diese Substanzen, zu denen z.B. Flavonoide, Cumarine, Alkaloide oder Terpene zählen, stellen dabei eine chemische Abwehr gegen Mikroorganismen und herbivore Insekten dar. Die Zusammensetzung der Allelochemikalien in den unterirdischen Organen der Doldenblütlergattung Peticedanum ist gut bekannt und vom Antragsteller auch selbst untersucht worden. Als Studienobjekte wurden deshalb vier Arten ausgesucht, die durch ausgeprägt unterschiedliche Stoffmuster gekennzeichnet sind. Zwei Arten, P. alsaticum und P. cervaria, kommen jeweils in beiden Lokalitäten auf Trockenwiesen vor, während P. austriacum nur auf flachgründigen Waldlichtungen im Wiener Wald und P. oreoselinum auf eher bodensauren Standorten in den Hundsheimer Bergen auftritt. Unter den Mikroorganismen im Boden stellen Mikropilze die größte Vielfalt dar, der aber bisher im Vergleich zur Biodiversität bei Blütenpflanzen oder Insekten in Österreich kaum Aufmerksamkeit zuteil worden ist. Ein grundlegendes Ziel ist es daher, die Pilzvergesellschaftung im Mikrohabitat Wurzelbereich der ausgewählten Untersuchungspflanzen im Vergleich zum umliegenden Erdreich zu charakterisieren und auf Wirtspflanzenart- und Populationsebene zu vergleichen. Dabei kommen bei der Bestimmung neben den klassisch morphologischen Merkmalen auch moderne molekulare Methoden zum Einsatz. Repräsentative Isolate werden dann in der Stammsammlung VIAM zur Dokumentation und für weitere Verwendung kryokonserviert. Bioassays erfassen dann den Einfluß der unterschiedlichen Alleochemikalien auf die Keimung und das Wachstum ausgewählter Mikropilze. Dabei soll geklärt werden, in welchem Ausmaß Allelochemikalien der Pflanze die Zusammensetzung der Pilzgemeinschaft im Wurzelbereich innerhalb dieses Studienmodells beeinflussen können.

Das von der Pflanzenwurzel beeinflusste Volumen Erde wird allgemein als Rhizosphäre bezeichnet. Abgestoßene Zellen, Mucilage, und Exsudate der Wurzel stellen für Mikroorganismen im Boden eine nicht unwesentliche Kohlenstoffquelle dar. Demnach bietet gerade dieser Bereich ein hochinteressantes Szenario für Studien von Pflanzen-Mikroben Interaktionen. Einige in den letzten Jahren durchgeführte Untersuchungen lieferten erste Hinweise, die Vermutungen bestärken, dass eine distinkte Pflanzenart die Zusammensetzung der mit ihr unmittelbar assoziierte Mikrobengesellschaft wesentlich beeinflussen kann. Im Rahmen dieser Studie standen demnach niedermolekulare Pflanzenstoffwechselprodukten im Zentrum der Betrachtungen, Zucker, Aminosäuren und sekundäre Naturstoffe, die potentielle Signale in diesen Wechselbeziehungen darstellen können. Filamentöse Mikropilze haben einen wesentlichen Anteil der Mikrobenflora im Boden und von vielen Arten können auch Laborkulturen angelegt werden, die in diesem Zusammenhang für Bioassays erforderlich sind. Von den über 200 im Laufe des Projekts konservierten Mikropilzen wurden 30 Isolate als repräsentativer Querschnitt ausgewählt, deren Wachstums- und Entwicklungsverhalten auf unterschiedlichen Substraten näher untersucht wurde. Diese Substrate umfassten Fraktionen unterschiedlicher Löslichkeit (wasser- bzw. wasserunlöslich) von Wurzelstoffwechselprodukten zweier Doldenblütler (Umbelliferen, Apiaceae), die als Modellpflanzen ausgewählt wurden, Peucedanum alsaticum (Elsässer Haarstrang) und Peucedanum cervaria (Hirschwurz), die beide charakteristische Elemente von Trockenrasen darstellen. Diese Biotope zeichnen sich durch Böden aus, die weitgehend ungestört sind, und daher eine große Biodiversität an Mikroorganismen aufweisen, ganz im Gegensatz zu landwirtschaftlich genutzten Böden, die durch einseitige Kulturmaßnahmen oft stark verarmt sind Ergebnisse der durchgeführten Biotests wiesen besonders Zucker als diskriminierende Signale aus. In diesem Zusammenhang zeigten aber Mischungen, wie sie charakteristisch in Pflanzenwurzeln akkumuliert werden, weitaus spezifischere Wirkungen, als die jeweiligen Einzelkomponenten in vergleichbaren Konzentrationen. Beide Doldenblütler akkumulieren in großen Mengen den Zuckeralkohol Mannitol, im Gegensatz zu anderen zusammen vorkommenden Pflanzen. Pilze, die ihren ganzen Lebenszyklus in der Pflanze verbringen, aber keine Krankheitssymptome zeigen, werden als Endophyten bezeichnet. Gerade solche Pilze zeigten in unseren Versuchen ein verlangsamtes Wachstum, eine mögliche Anpassung, wenn sie mit Zuckerextrakten aus den Wurzeln ihrer unmittelbaren Wirtspflanzen, den beiden Doldenblütlern aus der Gattung Peucedanum, konfrontiert wurden. Extrakte anderer Pflanzen konnten im Gegensatz dazu keine vergleichbaren Effekte hervorrufen bei den selben Isolaten hervorrufen. Neben Zuckern können aber auch Allelochemikalien Einfluss auf die Zusammensetzung von Pilzgesellschaften im Wurzelbereich nehmen. Trotz der Ähnlichkeit in der Zusammensetzung der Wurzelzucker zeigen beide Umbelliferen deutliche Unterschiede in ihren Wurzelallelochemikalien. Ergebnisse aus unseren Untersuchungen geben Grund zur Annahme, dass unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber diesen Substanzen auch ein Kriterium für die erfolgreiche Etablierung in einer Rhizosphärenpilzflora einer bestimmten Pflanze darstellen könnte. Neben neuen Erkenntnissen bezüglich der Ökologie von Pflanze-Pilz Wechselbeziehungen können Forschungsarbeiten in diesem Bereich die Grundlage für die Verbesserung von Kultuvierungsmethoden von Kulturpflanzen darstellen, gerade angesichts der Tatsache, dass Ertragssteigerungen heutzutage nicht mehr durch eine Vergrößerung von Anbauflächen allein erreicht werden können.