BeauveriaBassiana und Metarhizium anisopliae gehören zu den wichtigsten und am weitesten verbreiteten entomopathogenen Pilzen (EPF) zur Schädlingsbekämpfung. Neuere Studien haben gezeigt, dass sie nach künstlicher Inokulation auch das Pflanzenwachstum fördern können. Um die Kolonisierungs- und wachstumsfördernden Effekte genauer zu bewerten, …Beauveria bassianaIn dieser Studie wurden Maiskeimlinge in einem Hydrokultursystem mit 13 Stämmen von Beauveria bassiana und 73 Stämmen von Metarhizium anisopliae als Rhizosphärenpilze behandelt. Pflanzenwachstumsparameter wie Pflanzenhöhe, Wurzellänge und Frischgewicht wurden 35 Tage lang überwacht und dokumentiert, um die wachstumsfördernde Wirkung der entomopathogenen Pilzimpfung zu bestätigen. Die Ergebnisse der Pilz-Erholungsrate (FRR) zeigten, dass sowohl Beauveria bassiana als auch Metarhizium anisopliae zur endophytischen Besiedlung von Maisgewebe fähig sind. Am 7. Tag lag die Nachweisrate von Beauveria bassiana in Stängeln und Blättern bei 100 %, sank jedoch bis zum 28. Tag auf 11,1 % in den Stängeln und auf 22,2 % in den Blättern. Beauveria bassiana wurde jedoch erst ab Tag 28 in den Wurzeln nachgewiesen (Nachweisrate: 33,3 %). Metarhizium anisopliae-Stämme wurden während des gesamten Beobachtungszeitraums mit hoher Nachweisrate aus Wurzeln, Stängeln und Blättern der Pflanze isoliert. Die PCR-Amplifikation pilzspezifischer DNA-Banden bestätigte die systematische Besiedlung verschiedener Gewebe durch Beauveria bassiana und Metarhizium anisopliae; diese Methode zeigte eine hohe Nachweisempfindlichkeit und eine 100%ige positive Reaktion. Im Vergleich zu den Ausgangswerten in der Hydrokulturlösung sank die Pilzdichte bis Tag 21 auf unter 1 %. Die beiden ausgewählten entomopathogenen Pilzstämme etablierten somit erfolgreich eine endophytische Besiedlung der Maisrhizosphäre und förderten deren Wachstum im Hydrokultursystem signifikant. Entomopathogene Pilze besitzen ein enormes Potenzial für den Einsatz im ökologischen Landbau, unter anderem als Biopestizide und Biodünger.
Entomopathogene Pilze (EPF) haben sich aufgrund ihres breiten Wirtsspektrums, ihrer einfachen Herstellung, ihrer Stabilität und ihrer hohen Pathogenität als wichtige biologische Bekämpfungsmittel (BCA) für die Bekämpfung verschiedener Schädlinge erwiesen.1,2,3In China werden *Beauveria bassiana* und *Metarhizium anisopliae* kommerziell zur nachhaltigen Bekämpfung wichtiger Maisschädlinge (wie Maiszünsler und Baumwollkapselwurm) eingesetzt, um den übermäßigen Einsatz chemischer Pestizide zu vermeiden.4Bei der Schädlingsbekämpfung mit Pilzen ist die Dreiecksbeziehung zwischen Pflanzen, Schädlingen und Pilzen wesentlich komplexer als die Beziehung zwischen Schädlingen und pilzlichen Krankheitserregern.
Viele Pflanzen leben in Symbiose mit endophytischen Pilzen.5, die Pflanzengewebe besiedeln, ohne ihnen nennenswerten Schaden zuzufügen6Endophytische Pilze sind Organismen, die sich nach dem Aufbau einer mutualistischen Symbiose mit ihrem Wirt bilden.7Sie können das Pflanzenwachstum direkt oder indirekt fördern und deren Anpassungsfähigkeit an widrige Bedingungen, einschließlich biotischer und abiotischer Stressfaktoren, verbessern.8, 9, 10Endophytische Pilze weisen wichtige phylogenetische Merkmale und Lebensweisen auf, wie z. B. Kolonisierung, Ausbreitung, Wirtsspezifität und die Besiedlung verschiedener Pflanzengewebe.11Die Verwendung endophytischer Pilze als endophytische Organismen hat breite Aufmerksamkeit in der Forschung auf sich gezogen und viele einzigartige Vorteile gegenüber traditionellen endophytischen Organismen aufgezeigt.
Beauveria bassiana und Metarhizium anisopliae können eine Vielzahl von Pflanzen infizieren, darunter, aber nicht beschränkt auf Weizen, Sojabohnen, Reis, Hülsenfrüchte, Zwiebeln, Tomaten, Palmen, Weinreben, Kartoffeln und Baumwolle.12Lokale oder systemische Infektionen treten hauptsächlich in den Wurzeln, Stängeln, Blättern und inneren Geweben der Pflanzen auf.11Künstliche Infektion durch Saatgutbehandlung, Blattapplikation und Bodenbewässerung kann das Pflanzenwachstum durch endophytische Infektion mit Pilzen fördern.13,14,15,16Die Saatgutbehandlung von Nutzpflanzen mit Beauveria bassiana und Metarhizium anisopliae induzierte erfolgreich eine endophytische Infektion im Pflanzengewebe und förderte das Pflanzenwachstum durch Erhöhung der Stammhöhe, der Wurzellänge, des Wurzelfrischgewichts und des Stammfrischgewichts.17, 18, 19Bodenimpfung undBlattDas Besprühen mit Beauveria bassiana ist ebenfalls eine der am häufigsten angewandten Applikationsmethoden und kann das Wachstum von Maiskeimlingen deutlich fördern.20
Ziel dieser Studie war es, die wachstumsfördernde Wirkung und die Kolonisierungseigenschaften von Maiskeimlingen durch Beauveria bassiana und Metarhizium anisopliae sowie deren Einfluss auf das Pflanzenwachstum in hydroponischen Systemen zu bewerten.
In einem 35-tägigen Experiment förderte die Behandlung mit den Pilzen Beauveria bassiana und Metarhizium anisopliae das Maiswachstum signifikant. Wie in Abbildung 1 dargestellt, hing die stimulierende Wirkung der Pilze auf verschiedene Maisorgane von deren Wachstumsstadium ab.
Wachstum von Maiskeimlingen unter verschiedenen Behandlungen im Zeitverlauf. Von links nach rechts stellen die unterschiedlich farbigen Linien Maiskeimlinge der Kontrollgruppe, der mit Beauveria bassiana behandelten Gruppe bzw. der mit Metarhizium anisopliae behandelten Gruppe dar.
Die Besiedlung von Maisgewebe durch Beauveria bassiana und Metarhizium anisopliae wurde mittels PCR-Amplifikation weiter untersucht. Tabelle 5 zeigt, dass Beauveria bassiana zu jedem Probenahmezeitpunkt (7–35 Tage) 100 % aller Maisorgane besiedelte. Ähnliche Ergebnisse wurden für Metarhizium anisopliae in Blattgewebe beobachtet, jedoch war die Besiedlung von Maisstängeln und -blättern durch diesen Pilz nicht immer vollständig.
Die Inokulationsmethoden sind entscheidend für das Muster der Pilzbesiedlung.28Parsa et al.29Es wurde festgestellt, dass *Beauveria bassiana* Pflanzen endophytisch besiedeln kann, wenn sie besprüht oder bewässert wird, während eine Wurzelbesiedlung nur durch Bewässerung möglich ist. Tefera und Vidal berichteten, dass bei Sorghum die Blattimpfung die Besiedlungsrate des Stängels durch *Beauveria bassiana* erhöhte, während die Saatgutimpfung die Besiedlungsrate sowohl in Wurzeln als auch in Stängeln steigerte. In dieser Studie inokulierten wir die Wurzeln mit zwei Pilzen, indem wir eine Konidiensuspension direkt in das Hydrokultursystem gaben. Diese Methode kann die Effizienz der Pilzausbreitung verbessern, da fließendes Wasser die Bewegung der Pilzkonidien zu den Maiswurzeln erleichtert. Neben den Inokulationsmethoden können weitere Faktoren wie Bodenmikroorganismen, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Nährmedium, Pflanzenalter und -art, Inokulationsdichte und Pilzart die erfolgreiche Besiedlung verschiedener Pflanzengewebe durch Pilze beeinflussen.28
Darüber hinaus stellt die PCR-Amplifikation pilzspezifischer DNA-Banden eine neue und sensitive Methode zum Nachweis endophytischer Pilze dar. Beispielsweise wurde nach der Kultivierung von Pflanzengewebe auf selektiven Pilzmedien eine geringe Anzahl freier Detektorrezeptoren (FRR) für *Beauveria bassiana* nachgewiesen, die PCR-Analyse ergab jedoch eine 100%ige Detektion. Eine geringe Populationsdichte endophytischer Pilze im Pflanzengewebe oder eine biotische Hemmung des Pflanzengewebes könnten die Ursache für das ausbleibende Pilzwachstum auf den selektiven Medien sein. Die PCR-Amplifikation eignet sich daher zuverlässig zur Untersuchung endophytischer Pilze.
Frühere Studien haben gezeigt, dass einige endophytische Insektenpathogene als Bio-Dünger wirken können, indem sie das Pflanzenwachstum fördern. Jaber et al. [16]Russo et al. berichteten, dass Weizensamen, die 14 Tage lang mit Beauveria bassiana inokuliert wurden, eine größere Halmhöhe, Wurzellänge, ein höheres Frischwurzelgewicht und ein größeres Halmgewicht aufwiesen als nicht inokulierte Pflanzen.[30]wurde berichtet, dass die Blattbehandlung von Mais mit Beauveria bassiana die Pflanzenhöhe, die Blattzahl und die Anzahl der ersten Kolbenknoten erhöhte.
In unserer Studie förderten zwei ausgewählte entomopathogene Pilze, Beauveria bassiana und Metarhizium anisopliae, das Maiswachstum in einem hydroponischen Pflanzenanbausystem signifikant und etablierten eine systematische Besiedlung verschiedener Gewebe von Maiskeimlingen, was voraussichtlich langfristig das Wachstum fördern wird.
Im Gegensatz dazu stellten Moloignane et al. fest, dass selbst vier Wochen nach der Bodenbewässerung keine signifikanten Unterschiede in Pflanzenhöhe, Wurzel- und Blattanzahl sowie Frisch- und Trockengewicht zwischen mit Beauveria bassiana behandelten und unbehandelten Reben bestanden. Dies ist nicht überraschend, da die endophytische Kapazität spezifischer Pilzstämme eng mit der Wirtspflanzenart, der Pflanzensorte, den Nährstoffbedingungen und Umwelteinflüssen zusammenhängen kann. Tull und Meying untersuchten die Wirkung der Saatgutbehandlung mit Beauveria bassiana auf das Maiswachstum. Sie fanden heraus, dass Beauveria bassiana nur unter ausreichenden Nährstoffbedingungen als Wachstumsförderer bei Mais wirkte, während unter Nährstoffmangelbedingungen keine stimulierende Wirkung beobachtet wurde. Der Mechanismus der Pflanzenreaktion auf die endophytischen Effekte von Pilzen ist daher noch weitgehend ungeklärt und bedarf weiterer Untersuchungen.
Wir untersuchten die wachstumsfördernde Wirkung der entomopathogenen Pilze Beauveria bassiana und Metarhizium anisopliae in Mais. Unklar ist jedoch, ob der primäre Wirkmechanismus rhizosphären- oder endophytisch ist. Um die Wirkungsmechanismen aufzuklären, überwachten wir die Populationsdynamik von Beauveria bassiana und Metarhizium anisopliae in Hydrokulturlösungen und Pflanzengewebe. Anhand der Koloniebildenden Einheiten (KBE) als Indikator stellten wir fest, dass die Abundanz von Beauveria bassiana und Metarhizium anisopliae in der Hydrokulturlösung rasch abnahm. Nach einer Woche betrug die Restkonzentration von Metarhizium anisopliae weniger als 10 % und die von Beauveria bassiana weniger als 1 %. In der hydroponischen Maislösung waren beide Pilze bis zum 28. Tag nahezu verschwunden. Kontrollexperimente zeigten, dass die Konidien beider Pilze nach einer Woche im hydroponischen System eine hohe Lebensfähigkeit aufwiesen. Somit sind endophytische Pilze, beeinflusst durch Konidienadhäsion, Wirtserkennung und endogene Signalwege, die Hauptursache für den starken Rückgang der Pilzhäufigkeit im hydroponischen System. Darüber hinaus beruht die wachstumsfördernde Funktion der Pilze primär auf ihrer endophytischen Funktion und nicht auf ihrer Funktion in der Rhizosphäre.
Biologische Funktionen korrelieren im Allgemeinen mit der Populationsdichte. Nur durch die Quantifizierung der Anzahl endophytischer Pilze im Pflanzengewebe lässt sich ein Zusammenhang zwischen der Wachstumsstimulation von Pflanzen und der Populationsdichte endophytischer Pilze herstellen. Die Mechanismen, durch die das Pflanzenwachstum in Interaktionen zwischen entomopathogenen Pilzen und Pflanzen stimuliert wird, bedürfen weiterer Untersuchungen. Entomopathogene Pilze besitzen nicht nur ein erhebliches Potenzial für die biologische Schädlingsbekämpfung, sondern spielen auch eine wichtige Rolle bei der Wachstumsstimulation von Pflanzen und eröffnen damit neue Perspektiven auf die ökologischen Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, Schädlingen und entomopathogenen Pilzen.
Aus jeder Versuchsgruppe wurden zufällig neunzig gleichmäßig wachsende und gesunde Maiskeimlinge ausgewählt. Das Substrat um die Wurzeln jedes Keimlings wurde sorgfältig mit destilliertem Wasser gespült, um das Wurzelsystem nicht zu beschädigen. Die so behandelten Maiskeimlinge, die sowohl ober- als auch unterirdisch gleichmäßig wuchsen, wurden anschließend in ein hydroponisches Maisanbausystem umgepflanzt.
Alle experimentellen Daten wurden mittels einer einfaktoriellen Varianzanalyse (ANOVA) in IBM SPSS Statistics (Version 20.0) analysiert, und die Signifikanz der Unterschiede zwischen den Behandlungen wurde mit dem Tukey's HSD-Test (P ≤ 0,05) ermittelt.
Da das Pflanzenmaterial von einem lokalen, zertifizierten Händler bezogen wurde, war keine Genehmigung erforderlich. Die Verwendung von Pflanzen bzw. Pflanzenmaterial in dieser Studie entspricht den einschlägigen internationalen, nationalen und/oder institutionellen Richtlinien.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die beiden entomopathogenen Pilze Beauveria bassiana und Metarhizium anisopliae nach Rhizosphärenimpfung in einem Hydrokultursystem das Wachstum von Maiskeimlingen positiv beeinflussten. Innerhalb einer Woche gelang es ihnen, alle Organe und Gewebe des Maises systematisch über das Wurzelsystem zu besiedeln. Die Populationsdynamik der Pilze in der Nährlösung und die Pilzbesiedlung des Maisgewebes zeigten, dass neben ihrer Funktion in der Rhizosphäre vor allem ihre endophytische Funktion einen wesentlichen Beitrag zur beobachteten Wachstumsförderung leistete. Das endophytische Verhalten der Pilze wies artspezifische Merkmale auf. Die Amplifikation pilzspezifischer DNA-Banden mittels PCR erwies sich als sensitiver als Kolonienachweismethoden mit pilzselektiven Medien. Diese Methode ermöglicht eine genauere Verfolgung der Pilzbesiedlung und ihrer räumlichen Verteilung im Pflanzengewebe. Weitere Forschung ist erforderlich, um die Mechanismen aufzuklären, mit denen Pflanzen und Pflanzenschädlinge auf die endophytischen Effekte von Pilzen reagieren (zusätzliche Informationen).
Die im Rahmen dieser Studie erstellten Datensätze können auf Anfrage beim korrespondierenden Autor angefordert werden.
Veröffentlichungsdatum: 20. Januar 2026