Interactions of crop plants and arbuscular mycorrhizal fungi

Abstract

The aim of the present dissertation was to focus on the three topics identified in the introduction: 1) Effect of breeding history on AMF-mediated growth promotion 2) Effect of breeding history on root architecture and hence soil stability 3) Role of AMF for Zn nutrition of crops. Thus, the question could be addressed to what extent AMF-mediated services are of use for modern, sustainable agriculture. The main focus was the evaluation of the interaction of AMF and crop plants to verify the impact of breeding conditions on the symbiosis. Possible negative effects could be inadvertently caused by breeding and selection for high yield. The consequences could be a reduced ability of modern crop plants to interact with AMF and to profit from their services. This severe problem was addressed in chapters 2 and 3. In chapter 2, we used an approach for quantitative data synthesis (meta-analysis) to challenge the assumption that new genotypes (release year after 1950) are less mycorrhizal responsive than old cultivars (release year between 1900 and 1950) and landraces or wild ancestors (Hetrick et al. 1992, 1993). In chapter 3, we tested experimentally whether breeding for high yield caused negative effects in root architecture in German barley breeding lines, and thus on soil stability and quality. In chapter 4, we tested the potential role of AMF for Zn nutrition of crops under various biotic and abiotic conditions.

Das Ziel dieser Dissertation war es, die drei Themen, die in der Einleitung herausgearbeitet wurden, zu bearbeiten: 1) Einfluss der Zuchtbedingungen auf das durch AMF verbesserte Pflanzenwachstum 2) Einfluss der Zuchtbedingungen auf Wurzelarchitektur und folglich Bodenstabilität 3) Rolle der AMF für Zn Ernährung von Nutzpflanzen. Dabei habe ich mich mit der Frage beschäftigt, in wie weit durch AMF vermittelte Dienstleistungen in der modernen Landwirtschaft eine Rolle spielen können. Der Schwerpunkt lag auf der Evaluierung der Interaktionsfähigkeit von AMF und Nutzpflanzen, um den Einfluss von Zuchtbedingungen besser einschätzen zu können. Mögliche negative Effekte könnten sich durch den Fokus auf Ertragssteigerung unabsichtlich in modernen Zuchtlinien manifestiert haben und zu einer verminderten Interaktionsfähigkeit von Pflanze und AMF geführt haben. Dieses schwerwiegende Problem adressierten wir in Kapitel 2 und 3. In Kapitel 2 wurde mithilfe einer quantitativen Analyse von Primärdaten (Meta-Analyse) untersucht, ob neue Kultivare (Zulassungsjahr nach 1950) eine geringere Reaktionsfähigkeit gegenüber AMF haben als alte Sorten (Zulassungsjahr zwischen 1900 und 1950) oder Landsorten bzw. unkultivierte Genotypen, die hauptsächlich durch natürliche Selektion entstanden sind (Hetrick et al. 1992, 1993). In Kapitel 3 sollte experimentell getestet werden, ob negative Effekte auf Wurzelarchitektur bedingt durch die auf Ertrag fokussierte Pflanzenzucht auch in deutschen Gerstezuchtlinien nachweisbar sind und sich womöglich auf die Bodenstabilität und damit -qualität auswirken. In Kapitel 4 sollte generell mithilfe einer weiteren Meta-Analyse getestet werden, in wie weit AMF auch zur Verbesserung der Mikronährstoffkonzentration, mit Fokus auf Zink, in verschiedenen Nutzpflanzenarten und unter verschiedenen biotischen und abiotischen Bedingungen beitragen können; und ob sie somit als eine umweltschonende Option für eine verbesserte Zinkversorgung von Nutzpflanzen in Frage kommen.