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The interaction of endophytic fungi and plants under nickel and zinc stress

Daniela Vogl

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Ecology and Ecosystems

Betreuer*in

Irene Lichtscheidl-Schultz

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DOI

10.25365/thesis.69725

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-11116.00259.214744-9

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Menschliche Aktivitäten führen zunehmend zu erhöhten Mengen an toxischen Metallen in Böden. Diese haben zahlreiche Effekte auf Pflanzen, die auf diesen Standorten wachsen, wie reduziertes Pflanzenwachstum und Metall-Akkumulation. Schlussendlich könnten diese Metalle dadurch in den Nahrungsketten enden und weiteren Schaden anrichten. In den letzten Jahren wurden zahlreiche Strategien entwickelt, um diesen Agglomerationen entgegenzuwirken und die Standorte zu restaurieren, beispielsweise mit der Hilfe von Pflanzen, so genannter Phytoremediation. Bestimmte, spezialisierte Arten sind an das Leben mit erhöhten Schwermetallkonzentrationen angepasst und daher vielversprechende Partner für Restaurationsversuche. Als zusätzliche Helfer rücken vermehrt endophytische Pilze in den wissenschaftlichen Fokus, da diese Möglichkeiten bieten, diese Schwermetall-belasteten Böden zu restaurieren, indem sie die Pflanzen auf diesen Standorten unterstützen. Nickel und Zink wurden als Kontaminanten gewählt. Landwirtschaftlich bedeutsame Arten, Amarant und Weizen, und schwermetall-adaptierte Arten, wie Noccaea caerulescens, wurden verwendet, um die Interaktion und die Effekte zweier Hefepilze, Sporobolomyces sp. und Rhodotorula mucilaginosa, und eines filamentösen Pilzes, Diaporthe columnaris, auf die Pflanzen zu untersuchen. Alle drei Pilzarten sind als pflanzenbewohnende Endophyten bekannt und zeigten in früheren Studien positiven Einfluss auf das Pflanzenwachstum. In vitro Experimente wurden durchgeführt, ebenso wie Topfexperimente, um den Einfluss der Pilze, unter dem Einfluss von Nickel und Zink, auf die Pflanzenentwicklung zu untersuchen. Co-Habitationsexperimente in Agarplatten zeigten großen Einfluss der Metalle auf die Pflanzen, und weisen auf mögliche Co-Abhängigkeiten mit den Pilzen hin. Die Pilze hatten nur punktuellen Effekt auf die Pflanzen, kein generelles Muster konnte festgestellt werden. Langfristig hatte die Co-Habitation mit Pilzen negative Effekte auf die Pflanzen. Ein zusätzliches Studienziel war, die Interaktion von Pilz und Pflanze zu beobachten. Verschiedene Färbemethoden wurden dafür getestet. Anilinblau und Sudan IV erwiesen sich dabei als hilfreich, um die Penetration der Pilze in die pflanzlichen Zellen abzubilden, limitiert von starken Ablagerungen auf den Wurzeloberflächen. Interne Strukturen wurden mit diesen Methoden nicht dargestellt. Newport Green Färbung wurde verwendet um Nickel- und Zinkaufnahme in den Pflanzen darzustellen. Experimente zu Wachstum und Entwicklung der Pilze gemeinsam mit Pflanzen zeigten kein direktionales Wachstum der Pilze zu den Pflanzen. Topfexperimente in Erde wurden durchgeführt um den Einfluss der Pilze auf die Pflanzenentwicklung unter natürlicheren Umständen zu untersuchen. Verschiedene Wachstumsentwicklungsparameter wurden ermittelt, ebenso wie osmotische Toleranz und photosynthetische Aktivität. Dieser Teil der Experimente zeigte erneut den starken Einfluss der verwendeten Metalle, speziell von Nickel, und nur punktuellen Einfluss der Hefen. Dieser resultierte meist in negativen Effekten für die Pflanzen. Pilze können Pflanzen bei der Entwicklung auf schwierigen Böden unterstützen, und stellen damit ein vielversprechendes Werkzeug dar, um diese Böden zu restaurieren. Dennoch legen die Ergebnisse nahe, dass diese punktuellen Verbesserungen ein präzises Wissen und damit intensive Studien voraussetzen, bezüglich der Interaktion beider Partner und ihrer Umgebung.

Abstract

(Englisch)

Human activities increasingly lead to elevated levels of toxic metals in soils. These have numerous effects on plants growing on these sites, like reduced plant growth and metal accumulation. Ultimately, these metals might therefore end up in food chains and cause further damage. In recent years numerous strategies have been developed to counteract these agglomerations as well as to restore these sites, eg. by the aid of plants, so called phytoremediation. Certain species specialized to sites with elevated concentrations of metals and are therefore promising partners for remediation attempts. As additional helpers, endophytic fungi are increasingly gaining scientific attention, as they might offer possibilities to restore heavy metal polluted soils by supporting plants inhabiting these sites. Concentrating on nickel and zinc as contaminants, species of agricultural interest were used, amaranth and wheat, as well as species adapted to heavy metal polluted sites like Noccaea caerulescens, to investigate the interaction and effects of two yeast species, Sporobolomyces sp. and Rhodotorula mucilaginosa and a filamentous fungus, Diaporthe columnaris, on the plants. All three fungal species are known endophytes and have been reported to positively influence plant growth. In vitro experiments were performed, as well as soil pot experiments, to investigate the fungal influence on plant development under the influence of nickel and zinc stress. Co-habitation experiments in agar dishes revealed strong metal impact on plants, and suggest a possible co-dependence with fungi. Fungi had only punctual effects on plants, no general pattern was observed. On a long term, co-habitation with fungi was affecting the plants in a negative way. An additional aim of the work was to observe how fungi and plants interact. By testing various staining methods, we found Aniline blue and Sudan IV to be helpful tools to reveal fungal entrance points to the roots, yet limited by strong exudates on root surfaces. Internal structures were not depicted by these methods. Newport Green staining was performed to depict nickel and zinc uptake to plants. Furthermore growth development experiments with fungi and plants revealed non-directional fungal distribution, which did not approach the plants directly. Soil pot experiments were conducted to evaluate the fungal influence on plant development under more natural conditions. Several growth development parameters were estimated, accompanied by osmotic tolerance tests and photosynthetic activity tests. This part of the experiments revealed a strong metal impact, especially by nickel, and only punctual influence by yeasts, mostly resulting in adverse effects on the plants. Fungal partners may aid plants to develop on demanding sites and might therefore provide a promising aid in restoring these sites. Nevertheless, the results suggest that these punctual improvements would recommend a precise knowledge and therefore intense studies of the interaction of both partners and their environment.

Autor*innen

Daniela Vogl

Haupttitel (Englisch)

The interaction of endophytic fungi and plants under nickel and zinc stress

Publikationsjahr

2021

Umfangsangabe

149 Seiten : Illlustrationen, Diagramme

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Irene Lichtscheidl-Schultz

Klassifikationen

42 Biologie > 42.38 Botanik: Allgemeines ,

42 Biologie > 42.41 Pflanzenphysiologie ,

42 Biologie > 42.90 Ökologie: Allgemeines ,

43 Umweltforschung > 43.13 Umwelttoxikologie ,

43 Umweltforschung > 43.33 Umweltfreundliche Nutzung natürlicher Ressourcen ,

43 Umweltforschung > 43.50 Umweltbelastungen ,

43 Umweltforschung > 43.63 Umweltbelastung durch Industrie, Bergbau und Energieerzeugung

AC Nummer

AC16221105

Utheses ID

59301

Studienkennzahl

UA | 066 | 833 | |

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Schlagwörter