Untersuchungen zur Wirkung von Fungiziden auf den arbuskulären Mykorrhizapilz <em>Glomus intraradices</em>

Abstract

In dieser Arbeit werden die Auswirkungen von Fungizidanwendungen auf den arbuskulären Mykorrhizapilz <em>Glomus intraradices </em>und dessen Symbiose mit Gerste untersucht. Der Einfluss zehn ausgewählter, für die Landwirtschaft bedeutender Fungizide wurde in einer schrittweisen Annäherung vom artifiziellen direkten Kontakt zu Pilzsporen über die Saatgutbehandlung in kleinen Pflanzgefäßen unter kontrollierten Gewächshausbedingungen bis hin zu Versuchen in Großcontainern unter Freilandbedingungen untersucht. Bisherige Untersuchungen unter artifiziellen Bedingungen mit sehr hohen Dosierungen und nicht praxisrelevanten Anwendungsmethoden der Fungizide konnten die Auswirkungen der Fungizidanwendung auf arbuskuläre Mykorrhizapilze bislang nicht ausreichend klären.<br /> Obwohl die untersuchten Fungizide auf das Wachstum typischer Schadpilze stark hemmend wirken, war ihre Wirkung auf die Sporenkeimung von <em>Glomus intraradices</em> bei direktem artifiziellem Kontakt um das Zehn- bis Tausendfache schwächer. In der Reihenfolge Fludioxonil > Thiram, Fluoxastrobin, Trifloxystrobin, Ipconazol, Prothioconazol > Tebuconazol, Penflufen > Metalaxyl, Triadimenol nahm die hemmende Wirkung ab. <br /> Bei Annäherung der Versuchsaufstellung an eine praxisrelevante Anwendungsweise der Wirkstoffe wurde eine zunehmend schwächere Wirkung der Fungizide auf die Mykorrhiza Symbiose von Gerste und <em>Glomus intraradices</em> gefunden. Eine handelsübliche Saatgutbehandlung in Großcontainern unter Freilandbedingungen zeigte schließlich überhaupt keine negativen Effekte auf die Mykorrhiza Symbiose. Ebenso wenig hatte diese Anwendung der Fungizide negative Effekte auf das Vorkommen und die Vitalität von <em>Glomus intraradice</em>s im Boden.<br /> Vertiefend wurde das Target der Azol Fungizide untersucht. In einer Datenbanksuche wurde eine Nukleinsäure Sequenz gefunden, die für eine Glomus intraradices Sterol 14-α-Demethylase (Gint<em>ERG11</em>) kodieren könnte. Deren Funktionalität wurde durch Expression in und Komplementation von <em>ERG11</em> defektem <em>Saccharomyces cerevisiae</em> nachgewiesen. Veränderte Aminosäuren in der Sequenz, die bei pathogenen Pilzen zu Resistenzen gegenüber Azol Fungiziden führen, deuten auf strukturelle Eigenschaften des Gint<em>ERG11</em> Proteins hin, die möglicherweise eine geringere Sensitivität von <em>Glomus intraradices</em> gegenüber Azol Fungiziden im Vergleich zu anderen Pilzen zur Folge haben könnten.<br /> Insgesamt erlauben die Ergebnisse dieser Arbeit belastbare Aussagen über die möglichen Auswirkungen von Fungizidanwendungen in der Landwirtschaft auf die pilzliche Wurzelsymbiose einer Kulturpflanze. Zwar hemmen die Fungizide den arbuskulären Mykorrhizapilz <em>Glomus intraradices</em> beim artifiziellen direkten Kontakt, jedoch erfordert dies um Größenordnungen höhere Wirkstoffkonzentrationen, als in der landwirtschaftlichen Praxis üblich. Eine übliche Saatgutbehandlung zeigte dagegen weder Effekte auf Mykorrhizasporen im Boden noch auf die Symbiose mit der Wirtspflanze.

<strong>Studies of the impact of fungicides on the arbuscular mycorrhizal fungi <em>Glomus intraradices</em></strong><br /> This work reports in a systematic and significant way the effect of ten agricultural fungicides on the arbuscular mycorrhizal symbiosis formed between barley and <em>Glomus intraradices</em>. The effect of the fungicides was tested gradually from direct artificial contact to seed treatment in pot experiments under glasshouse and field conditions. Previous studies carried out on fungicide impact on mycorrhizal symbiosis were focused on artificial conditions and application techniques with high dose rates that were not relevant for the practical use of fungicides. <br /> In fact, the fungicides exert inhibitory effects on typical pathogens, but inhibition of spore germination of <em>Glomus intraradices</em> required ten to thousand-fold higher doses in comparison. The effect decreased from a strong inhibition by fludioxonil > thiram, fluoxastrobin, trifloxystrobin, ipconazole, prothioconazole > tebuconazole, penflufen > metalaxyl to triadimenol which had a less inhibitory effect. <br /> The effect of the fungicides on mycorrhizal symbiosis between barley and <em>Glomus intraradices </em>decreased in approach of the experimental conditions to customary application of the fungicides. Seed treatment of barley in recommended dose rates did not influence the symbiosis in pot experiments under field conditions. Furthermore, there were no effects of the fungicides on the occurrence and vitality of <em>Glomus intraradices</em> in the soil.<br /> The target of azole fungicides was analysed in detailed studies and a database search identified a possible sterol -14-α-demethylase gene sequence of <em>Glomus intraradices</em> (Gint<em>ERG11</em>). A complementation assay in a Saccharomyces cerevisiae mutant strain demonstrated that GintERG11 encodes a functional sterol-14-α-demethylase. Amino acid changes in the target enzyme compared to <em>ERG11</em> of other fungi indicate that Gint<em>ERG11</em> may exhibit changed structural properties, which could lead to less sensitivity against azole fungicides.<br /> Altogether the results permit to substantiated statements about the possible effects of fungicide applications on mycorrhizal symbiosis in agriculture. Although the fungicides can have a negative impact on <em>Glomus intraradices</em> under direct artificial conditions, this requires an orders of magnitude higher concentration than the recommended dose rates in agriculture. The seed treatment with fungicides had no effects on mycorrhizal spores in soil nor on the symbiosis between barley and <em>Glomus intraradices</em>.