Einfluss von erhöhtem Kohlendioxid-Gehalt und N-Düngung auf Häufigkeit und Gestalt von Ektomykorrhizen unter Einbeziehung von Konkurrenzbedingungen in Buchen- und Fichtensystemen

In den ersten beiden Phasen des SFB lag der Schwerpunkt von B7 auf der Erfassung der Kostenseite von Mykorrhizen und ihren Mycelien unter veränderter Verfügbarkeit von Kohlenstoff. Dabei stand vor allem die Entwicklung und Kalibrierung geeigneter Methoden zur Quantifizierung des extramatrikalen Mycels im Vordergrund.

(1) Rhizotronversuche mit synthetisierten Mykorrhizen unter erhöhtem Kohlendioxid und N-Düngung

In Rhizotronen mit Torfsubstrat wurden Jungfichten mit den Ekomykorrhizapilzen Piloderma croceum oder Tomentellopsis submollis mykorrhiziert und für 7 Monate verschiedenen Kohlendioxidkonzentrationen (350 ppm bzw. 700 ppm) und einer N-Düngung ausgesetzt. Bei beiden Arten zeigten sich signifikante Unterschiede zwischen der Kontrolle (ohne Behandlung) und der kombinierten Variante (erhöhtes Kohlendioxid plus N-Düngung), die einen erhöhten Kohlenstofftransfer zu Mykorrhizen und ihren Mycelien unter doppelt ambienten Kohlendioxid anzeigen ( Raidl et al. 2007): Die Mykorrhizenbiomasse war bei Piloderma croceum um 24 % ( Abb.1 ) und bei Tomentellopsis submollis um 61 % erhöht ( Abb.2 ), die Mycelbiomasse von Piloderma croceum um 51 %.

Signifikante Unterschiede traten in Abhängigkeit von der jeweiligen Pilzart auch im Nährstoffgehalt der mykorrhizierten Fichten auf. So zeigten mit Piloderma croceum mykorrhizierte Pflanzen durchwegs höhere Nährstoffgehalte in ihren ober- und unterirdischen Teile als die mit Tomentellopsis submollis mykorrhizierten. Am deutlichsten ausgeprägt war dieser Effekt in den oberirdischen Pflanzenteile der kombinierten Variante für die Nährelemente Calcium, Phosphat und Kalium ( Abb.3 ). Beim Phosphat war der Gehalt in Piloderma croceum -Fichten um das drei- bis vierfache höher als in Fichten mit Tomentellopsis submollis . Diese Ergebnisse zeigen deutlich das unterschiedliche Potential der beteiligten Pilzpartner bei der Versorgung der Wirtspflanze mit Nährelementen.

(2) Mycelquantifizierung via Image Analyse

Die in Phase II entwickelte Methode der Image Analyse erlaubt auf nicht destruktive Weise die Erfassung von Myceldichten in Abhängigkeit von der Entfernung von der Mykorrhiza (Agerer & Raidl 2004). Hochauflösende digitale Bilder von flächig gewachsenen Mycelien von synthetisierten Mykorrhizen (Torfsubstrat) werden hinsichtlich ihres prozentualen Deckungsgrads mittels Flächenvermessung analysiert ( Abb.4 ). Es finden sich signifikante Unterschiede zwischen den drei Mycel bildenden Explorationstypen in den jeweiligen Deckungsgraden ( Abb.5 ). Umgerechnet in Mycelbiomassen sind damit Aussagen zur Qualität der Raumbesetzung möglich, aber auch zur gesamten Flächendeckung von Mycelien sowie zu deren maximaler Reichweite. Diese können als die wichtigsten Parameter zur Definition einer Raumbesetzung durch Mycelien angesehen werden.

Vergleicht man die drei mycelbildenden Explorationstypen hinsichtlich ihrer Mycelbiomassen und potentiellen Flächendeckung, so zeigt der Medium-Distance-Explorationstyp eine zwei- bis dreifache höhere Mycelbiomasse und Flächendeckung als der Short-Distance-Typ; der Long-Distance-Typ bereits das 15- bis 20-fache ( Abb.6 ). Diese Basisdaten können nunmehr direkt in die Modelle einfließen sowie als Grundlage für die Abschätzung von Raumbesetzung und Mycelbiomassen im Freiland dienen

(3)Feinkartierung von Mykorrhizen im Freiland via „Micromapping“

Mit Hilfe der in Phase I entwickelten Methode des „Micromapping“ kann die natürliche Lage von Mykorrhizen aus dem Freiland in hoch auflösender Weise erfasst werden ( Agerer & et al. 2002). Parallel dazu durchgeführte Nährstoffanalysen des unmittelbar benachbarten Bodensubstrats ergaben signifikante Korrelationen zwischen dem Vorkommen bestimmter Nährstoffe und dem Auftreten einzelner Arten (Agerer & Göttlein 2004) so wie in Abb.7 gezeigt für Cortinarius obtusus zu Ammonium und Magnesium.

(4) Mycelquantifizierung mit quantitativer TaqMan PCR

Für den Medium-Distance-Typ Piloderma croceum konnte das erste Primer-Sonden-System zur Mycelquantifizierung für einen Ektomykorrhizapilz überhaupt etabliert ( Schubert et al. 2003) und über Hyphenlängen auf Hyphentrockengewichte kalibriert ( Raidl et al . 2005) werden: 1 x 10 9 Kopien entsprechen demnach 2,28 mg an Mycel. Für mögliche Konkurrenzversuche wurde zu Beginn der Phase III ein weiteres System für den Long-Distance-Explorationstyp Paxillus involutus entwickelt. Wegen stark unterschiedlich dicker Hyphen (u. a. Zentralhyphen in Rhizomorphen mit bis zu 20 µm Durchmesser) war eine Kalibrierung über die Hyphenlängen nicht möglich, sondern konnte aufgrund des starken Wachstums dieser Art in Sterilkultur direkt über die eingewogene Biomasse erfolgen. Eine weitere Einsatzmöglichkeit dieser Systeme bietet sich nun dahingehend an, dass repräsentative Daten für die Abschätzung von Biomassen und Hyphendichten im Raum ermöglicht werden. Gerade Long-Distance-Typen bilden ausgeprägte Hyphenfronten mit eng aneinanderliegenden Hyphen.