Tagebaumaßnahmen führen durch Entfernung des Oberbodens, Vermischung von Bodenschichten bei der Wiederverfüllung von Restlöchern und Maschineneinsatz dazu, dass auf Tagebaufolgeflächen meist extrem schwierige Standortbedingungen für Pflanzenwachstum herrschen. Dazu zählen v.a. Bodenverdichtung und Bodenversauerung durch die Verwitterung von Eisensulfiden, was Ernährungsstörungen und Belastungen mit Schwermetallen und anderen Schadstoffen zur Folge hat. Die Bodenbedingungen sind auf kleinem Raum sehr heterogen. Das ungünstige Mikroklima der vegetationsfreien Flächen verstärkt die durch Bodenverdichtung schwierige Wasserversorgung. Mykorrhiza-Pilze fehlen oft zunächst. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines möglichst wenig aufwendigen Konzeptes, um mit Hilfe geeigneter Baumarten und Bodenhilfsstoffe zumindest auf kleiner Fläche eine Begrünung von Kippen-Rohböden zu erreichen, um so Startpunkte einer Sukzession zu etablieren. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Baumarten (Quercus robur, Acer platanoides, Sorbus aucuparia, Alnus glutinosa, Pseudostuga menziesii und Pinus sylvestris) und Bodenhilfsstoffe zur Verbesserung der physikalischen (Perlit, Wasserspeichersubstanzen: sowohl herkömmliches, petrochemisches Hydrogel als auch neuartiger Superabsorber aus pflanzlicher Stärke), chemischen (Kalk), physikalischen und chemischen (Kompost) sowie biologischen (Mykorrhiza-Impfung) Bodeneigenschaften getestet. Die Bodenhilfsstoffe wurden einzeln und miteinander kombiniert eingesetzt. Auf auch Jahre nach der Ablagerung des Haldensubstrats noch vegetationsfreien Flächen im ehemaligen Ronneburger Uranerz-Abbaugebiet wurden Freilandversuche mit knapp 1.000 Bäumen angelegt; Topfversuche im Gewächshaus dienten der Begleitung und Vertiefung. Die physikalischen und chemischen Bodeneigenschaften der Versuchsflächen wurden analysiert, die Effekte der Bodenhilfsstoffe darauf im Topfversuch überprüft. Die Entwicklung der Versuchspflanzen wurde über zwei Jahre hinweg durch regelmäßige Vitalitätsschätzungen auf einer 5-stufigen Skala, Messungen verschiedener Wuchsparameter und Analysen der Elementgehalte in den Assimilationsorganen untersucht. Die Böden wiesen eine sehr geringe Wasserspeicherkapazität und eine stark gestörte Infiltrations- und Wasserleitfähigkeit auf. Das Nährstoffpotential war mit Ausnahme sehr geringer Stickstoff-Gehalte gut. Eine sehr starke Versauerung sowie stark belastende Kupfer- und Schwefel-Gehalte waren die Haupt-Probleme. Auffällig waren hohe Magnesium-Gehalte und -Sättigungen. Die Versuchspflanzen waren entsprechend sehr stark mit Schwefel und Kupfer sowie mit Eisen, Aluminium und teilweise Mangan belastet und zeigten auffallend hohe Magnesium-Gehalte. Sie wiesen Ernährungsdefizite auf, die auf die geringe Stickstoffversorgung, Nährstoffantagonismen/Ionenkonkurrenz und Toxizität zurückgeführt werden können. Im Verlauf des Versuchs entwickelte sich auf einigen Versuchsflächen in Teilbereichen Spontanvegetation (Moose, Calamagrostis epigejos). Bodenuntersuchungen ergaben leicht höhere pH-Werte und eine entsprechend günstigere Ernährungssituation in diesen Bereichen, vermutlich aufgrund einer unregelmäßigen Flächenkalkung einige Jahre vor Versuchsbeginn. Die Entwicklung der Versuchspflanzen wurde stark von den Standortunterschieden beeinflusst. Kalk und Kompost hatten deutlich positive Effekte auf die chemischen Bodenbedingungen und die Pflanzenentwicklung. Mit Kompost war der Einfluss vor allem bei den anspruchsloseren Baumarten Eberesche, Schwarz-Erle und Wald-Kiefer oft größer. Daneben zeigten Mykorrhiza-Impfungen eine starke Wirkung, vor allem in Kombination mit Kalk und/oder Wasserspeichersubstanzen. Die positiven Wirkungssynergismen von Mykorrhiza-Impfungen und Wasserspeichersubstanzen auch ohne Kalk-Gaben waren angesichts der sehr stark sauren Standortverhältnisse bemerkenswert. Darüber hinaus hatten Wasserspeichersubstanzen wie auch Perlit keine, teilweise sogar negative Effekte durch Herabsetzung der Kalk-Wirkung in kombinierten Varianten. Zudem wiesen die mit Perlit oder Wasserspeichersubstanzen gepflanzten Bäume teils hohe Schadstoff-Belastungen auf. Die Bodeneigenschaften wurden nicht beeinflusst; die feinbodenreichen Lehmböden mit ihrer geringen Infiltrationsfähigkeit durch Zerscherung der Grobporen bei Verdichtung schienen für den Einsatz von Wasserspeichersubstanzen weniger geeignet zu sein. Das Vorhandensein von Pilz-Partnern zur Mykorrhiza-Bildung ist auf diesen schwierigen Standorten offenbar von besonderer Bedeutung, da diese Symbiose die Wasserversorgung von Pflanzen verbessern kann, außerdem ihre Ernährung fördert und die Schadstoff-Aufnahme hemmt, wie im Rahmen der vorliegenden Arbeit bestätigt werden konnte. So konnten durch kombinierte Mykorrhiza-Impfungen teilweise selbst die extremen Schwefel-Gehalte auf ein normales Maß gesenkt werden, was mit Kalkung allein nicht der Fall war. Die obligat Mykorrhiza bildenden Rot-Eichen und Wald-Kiefern, zwei eigentlich zur Tagebaurekultivierung sehr geeignete und viel verwendete Baumarten, zeigten insgesamt hohe Ausfallraten. Bei den Eichen spielte dabei die schlechte Qualität des Pflanzenmaterials, bei den Kiefern wahrscheinlich starke Trockenheit zum Zeitpunkt der Versuchsanlage im Frühjahr 2005 eine Rolle. Bei den ebenfalls obligat Mykorrhiza bildenden Douglasien war der Standort in günstigeren Bereichen, in denen sich auch Spontanvegetation entwickeln konnte und in die nachweislich Mykorrhiza-Pilze einwanderten, von großer Bedeutung. Wie die als einzige Baumart nicht mit Kupfer belastete Eberesche und die durch ihre Symbiose mit Stickstoff-fixierenden Bakterien sehr gut geeignete Erle, die von allen Baumarten die besten Ergebnisse zeigte, konnte sich auch die Douglasie auf diesen etwas besseren Standorten selbst ohne Bodenhilfsstoffe zufrieden stellend entwickeln. Angesichts des extremen Sommers 2006 kam vermutlich auch ihre Trockenheitstoleranz zum Tragen. Die Spitz-Ahorne zeigten hohe Schadstoff-Belastungen, kaum Wachstum und eine stark gestörte Wurzel-Ausformung. Die Baumart wurde zudem stark verbissen und erwies sich insgesamt als wenig geeignet. Auf Grundlage der Ergebnisse der auf den Ronneburger Tagebaufolgeflächen durchgeführten Untersuchungen wird für die Rekultivierung dieser und vergleichbarer Standorte eine Mischung aus Erlen, Ebereschen und Douglasien empfohlen, wobei die Erle auch aufgrund ihrer Standort verbessernden Eigenschaften den größten Anteil einnehmen sollte. In stärker versauerten (pH KCl < 4), frei von Bodenvegetation bleibenden Bereichen sollte einige Zeit im Vorfeld der Pflanzungen eine Kalkung mit aufgrund der Bodengehalte magnesiumfreiem Kalk erfolgen, um die Voraussetzungen für Bodenvegetation und Mykorrhiza-Pilze zu verbessern. Bei den Ebereschen und Erlen ist eine Kompost-Gabe ins Pflanzloch als Starthilfe sinnvoll. Zumindest bei den Douglasien sollten Mykorrhiza-Impfungen durchgeführt werden, die generell auf diesen Standorten empfehlenswert sind und somit auch für die Ebereschen und Erlen sehr vorteilhaft sein können. Die Dauer der Wirkung der Bodenhilfsstoffe und die über die beobachtete Zeit hinaus gehende Entwicklung der Bäume sind unter den gegebenen, sehr schwierigen Standortbedingungen mit fortschreitender Pyrit-Verwitterung und damit Bodenversauerung offen.

Dynamics of carbon and phosphorus flows in arbuscular mycorrhizal symbiosis Mgr. Tereza Konvalinková (doctoral thesis) Abstract Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are widespread and highly specialized root symbionts, which gain all of their carbon (C) from the hosts, supplying plants with mineral nutrients (particularly with phosphorus, P) in return. This thesis focuses on the size and flexibility of C and P flows in arbuscular mycorrhiza in relation to environmental conditions, in particular to light and P availability. The indications that the symbiotic flows are regulated actively by both partners are discussed. The main findings are presented as a compilation of separate scientific works (two research articles, one review and one book section). A glasshouse experiment has shown that both mycorrhizal benefits and mycorrhizal colonization of medic (Medicago truncatula) by an AMF species (R. irregularis) decline along the gradient of decreasing light intensity. Interestingly, morphological adaptation of medic to the long-term light deprivation was boosted by mycorrhiza, probably because of C demand of AMF and due to the improved nutrition of the mycorrhizal plants. On the other hand, sudden 6-day shading caused rapid decline of shoot P content of mycorrhizal plants, accompanied with the accumulation of P...

The fungal domain has one of the highest biodiversities among eukaryotes and species within the domain fill important ecological roles, such as mutualistic mycorrhiza, decomposers, parasites and pathogens. The development of forest ecosystems and their related processes has not only been linked to fungal diversity but the composition and abundance of fungi benefits the abundance and diversity of other species as well. In this study three questions concerning the differences in the fungal communities between mixed forests and coniferous forests were considered. Inventories were done in coniferous forest and mixed forest areas classified as nature reserves and later statistically analyzed. The study could show that while the probability of finding ectomycorrhiza was significantly higher in mixed forests than coniferous forests, the probability of finding saprotrophs was significantly higher in coniferous forests than in mixed forests. Results in contrast to other studies were also found. The study revealed that more is needed to be done on the topic of forest fungi in mixed forest and coniferous forest areas. / Svampdomänen har en av de högsta biologiska mångfalderna bland eukaryoter och domänens arter innehar viktiga ekologiska roller, såsom mutualistisk mykorrhiza, nedbrytare, parasiter och patogener. Utvecklingen av skogsekosystem och deras relaterade processer har inte bara kopplats till svampdiversitet utan svamparnas sammansättning och förekomst gynnar också förekomst av och mångfald hos andra arter. I denna studie behandlades tre frågor om skillnaderna i svampsamhällen mellan blandskogar och barrskogar. Inventeringar gjordes i barrskogs- och blandskogsområden klassificerade som naturreservat och analyserades senare statistiskt. Studien kunde visa att även om sannolikheten för att hitta ektomykorrhiza var signifikant högre i blandskogar än barrskogar, var sannolikheten för att hitta saprotrofer signifikant högre i barrskogar än i blandskogar. Resultat i motsats till andra studier hittades också. Studien visade att det behövs mer forskning om skogssvampar i blandskog och barrskogsområden.

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Die arbuskuläre Mykorrhiza (AM) ist eine mutualistische Symbiose, die die Phosphataufnahme und Pathogenresistenz von Pflanzen verbessern kann. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde die Rolle der Protonen-pumpenden ATPase MtHA1 für die AM Symbiose in Medicago truncatula untersucht. In MtHA1 Mutanten konnten AM Pilze nur noch verkürzte Arbuskel ohne typische Verzweigungen ausbilden. Dies zeigte sich auch in Expressionsmustern von Genen, die für Proteine in verschiedenen Bereichen der periarbuskulären Membran kodieren. Außerdem waren AM Pilzbesiedelung, die verbesserte Nährstoffaufnahme und die Wachstumsförderung in MtHA1 mutierten Pflanzen reduziert. Die Mykorrhiza-induzierte Resistenz (MIR) wurde näher in M. truncatula Pflanzen untersucht, die von Aphanomyces euteiches infiziert waren, dem Erreger einer Wurzelfäule in Leguminosen. In einem geteilten Wurzelsystem, das eine hohe Expression von Verteidigungsgenen aufwies, unterdrückte ein AM Pilz diese Expression und erhöhte in Folge die Empfindlichkeit für das Pathogen. In Wurzeln von Topfkulturen dagegen konnte eine typische MIR beobachtet werden, die wahrscheinlich auf erhöhter Aktivität der Jasmonat/Ethylen-regulierten Verteidigungsantwort beruht, verursacht durch eine Unterdrückung der Salizylsäuresynthese. Im Ergebnis zeigt diese Arbeit die bedeutende Rolle des Gens MtHA1 für die Bildung und Funktion der arbuskelhaltigen Zellen. Die Mutation des Gens führt zur verminderten Arbuskelverzweigung, reduzierter Phosphataufnahme und Wachstumsförderung in der Mykorrhiza und schließlich zu einer geringeren Gesamtbesiedelung durch den AM Pilz. Genexpressionsanalysen weisen darauf hin, dass unterschiedliche Mechanismen den lokalen und systemischen Wechselwirkungen zwischen AM Pilzen und Pathogenen in der Wurzel zu Grunde liegen. Verschieden physiologische Zustände von geteilten Wurzelsystemen und Wurzeln in Topfkulturen erschweren allerdings einen direkten Vergleich der beiden experimentellen Ansätze. / Arbuscular mycorrhiza (AM) is a wide spread mutualistic symbiosis, which can improve phosphate acquisition and pathogen resistance of plants. In the current Ph.D. thesis the role of a proton pumping ATPase (MtHA1) for the AM symbiosis in Medicago truncatula was investigated. In MtHA1 mutant plants, different AM fungi only developed truncated arbuscules without forming typical hyphal branches, and this phenotype was mirrored by expression patterns of genes for proteins located in different areas of the periarbuscular membrane. AM fungal colonization, improved phosphate uptake and plant growth promotion were reduced in MtHA1 mutant plants. Mycorrhiza-induced resistance (MIR) and the nodule symbiosis were, however, not affected. MIR was further analyzed in the M. truncatula infected with Aphanomyces euteiches which causes a root-rot disease in legumes. In a split root system showing high levels of defense-gene expression, colonization of an AM fungus reduced this expression and in consequence increased susceptibility of the roots for the pathogen. In roots of pot cultures, however, a typical MIR was observed and could be based on the higher activity of jasmonate/ethylene-regulated defense responses due to suppression of salicylic acid biosynthesis. In conclusion, this work shows that the gene MtHA1 encoding a proton pumping-ATPase plays a critical role in the formation and function of arbuscule-containing cells. Expression of the mutated gene results in reduced formation of arbuscule branches. This in turn negatively influences mycorrhizal phosphate uptake, plant growth promotion and overall mycorrhizal colonization of the roots. Gene expression analyses indicate that different mechanisms underlay local and systemic interactions between the mycorrhizal fungus and the root pathogen. The different physiological stages of pot culture and split root system make a comparison of the two experimental approaches, however, difficult.

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