Year: 2025
Type: dissertation
Abstract: There is growing interest in enhancing the sustainability of agricultural systems and reducing fertiliser and pesticide use. Consequently, microbial inoculation has attracted increasing interest as a sustainable agricultural strategy to enhance nutrient uptake, improve crop resilience, and reduce fertiliser dependence. However, current literature indicates inconsistent results and often tests few plant varieties and microbe species. Very few studies investigated synergistic effects between different fungi on plant growth. This thesis explores the growth effects of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and Mortierella fungi inoculation on winter wheat (Triticum aestivum). Two greenhouse trials were conducted with the aim to determine factors that shape inoculation efficiency. The first experiment tested the responsiveness of 18 different wheat varieties to inoculation with AMF, specifically examining the mycorrhizal growth response (MGR). The second experiment tested whether AMF and Mortierella fungi complement each other and have synergistic effects on wheat growth compared to single inoculations. Results revealed high MGR variability across varieties, where Every and Mont-Calme 268 showed positive MGR (5.83% and 0.48% growth increase), while other varieties revealed neutral and even negative values (up to -25.63%), indicating growth suppression by AMF. Biotic (thrips) and abiotic stress (heat) in Experiment 1 possibly explain lower root colonisation and suppressed growth benefits. Also, various wheat genotypes have a fine root system, and such genotypes possibly do not rely so much on the symbiosis with AMF. Moreover, the breeding background of varieties emerged as the main driver of MGR and resource allocation strategies, implying genotype-dependent symbiotic efficiency. Older varieties showed trends of higher responsiveness compared to modern ones. Fungal inoculation enhanced the shoot-to-root ratio of most varieties across both experiments despite limited overall biomass gains. A dual inoculation provided growth benefits for the varieties Montalbano and Bonavau, but they did not consistently exceed the effects of single inoculations on plant growth. These findings emphasise the contribution of plant genotype in altering fungal associations for growth benefits in wheat. Therefore, future breeding selections should account for microbial inoculum compatibility with crop varieties through contextualised applications in field trials. New technologies such as synthetic microbial communities (SynComs) can help to fully harness microbial benefits for wheat growth. Under future climate scenarios and declining soil quality, contextualised crop-microbe combinations can play a vital role for resilient agricultural systems and food security. Es besteht ein wachsendes Interesse daran, die Nachhaltigkeit landwirtschaftlicher Systeme zu verbessern und den Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden zu verringern. Infolgedessen hat die mikrobielle Beimpfung als nachhaltige landwirtschaftliche Strategie zur Verbesserung der Nährstoffaufnahme, zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit der Pflanzen und zur Verringerung der Abhängigkeit von Düngemitteln zunehmendes Interesse gefunden. Die derzeitige Literatur zeigt jedoch widersprüchliche Ergebnisse und testet oft nur wenige Pflanzensorten und Mikrobenarten. Nur sehr wenige Studien untersuchten synergistische Effekte zwischen verschiedenen Pilzen auf das Pflanzenwachstum. In dieser Arbeit werden die Wachstumseffekte der Inokulation von arbuskulären Mykorrhizapilzen (AMF) und Mortierella-Pilzen auf Winterweizen (Triticum aestivum) untersucht. Es wurden zwei Gewächshausversuche mit dem Ziel durchgeführt, die Faktoren zu bestimmen, die die Effizienz der Inokulation beeinflussen. Im ersten Versuch wurde die Reaktion von 18 verschiedenen Weizensorten auf die Inokulation mit AMF getestet, wobei insbesondere die Mykorrhiza-Wachstumsreaktion (MGR) untersucht wurde. Im zweiten Versuch wurde getestet, ob AMF und Mortierella-Pilze sich gegenseitig ergänzen und im Vergleich zu Einzelimpfungen synergistische Effekte auf das Weizenwachstum haben. Die Ergebnisse zeigten eine hohe Variabilität der MGR zwischen den Sorten, wobei Every und Mont-Calme 268 eine positive MGR (5,83 % und 0,48 % Wachstumssteigerung) aufwiesen, während andere Sorten neutrale und sogar negative Werte (bis zu -25,63 %) zeigten, was auf eine Wachstumsunterdrückung durch AMF hindeutet. Biotischer (Thripse) und abiotischer Stress (Hitze) in Versuch 1 erklären möglicherweise eine geringere Wurzelbesiedlung und unterdrückte Wachstumsvorteile. Ausserdem haben verschiedene Weizengenotypen ein feines Wurzelsystem, und solche Genotypen sind möglicherweise nicht so sehr auf die Symbiose mit AMF angewiesen. Darüber hinaus erwies sich der züchterische Hintergrund der Sorten als Hauptfaktor für die MGR und die Strategien der Ressourcenallokation, was auf eine vom Genotyp abhängige Effizienz der Symbiose schliessen lässt. Ältere Sorten zeigten einen Trend zu einer höheren Reaktionsfähigkeit im Vergleich zu modernen Sorten. Die Inokulation mit Pilzen verbesserte das Verhältnis von Spross zu Wurzel bei den meisten Sorten in beiden Versuchen, obwohl der Biomassezuwachs insgesamt begrenzt war. Eine doppelte Inokulation brachte Wachstumsvorteile für die Sorten Montalbano und Bonavau, übertraf jedoch nicht durchweg die Auswirkungen von Einzelinokulationen auf das Pflanzenwachstum. Diese Ergebnisse unterstreichen den Beitrag des Pflanzengenotyps bei der Veränderung von Pilzassoziationen für Wachstumsvorteile bei Weizen. Daher sollte bei künftigen Züchtungsmassnahmen die Kompatibilität des mikrobiellen Inokulums mit den Pflanzensorten durch kontextbezogene Anwendungen in Feldversuchen berücksichtigt werden. Neue Technologien wie synthetische mikrobielle Gemeinschaften (SynComs) können dazu beitragen, die mikrobiellen Vorteile für das Weizenwachstum voll auszuschöpfen. Angesichts künftiger Klimaszenarien und abnehmender Bodenqualität können kontextbezogene Pflanzen-Mikroben-Kombinationen eine entscheidende Rolle für widerstandsfähige landwirtschaftliche Systeme und die Ernährungssicherheit spielen.
DOI: 10.5167/uzh-279623
Author: Baumann, Dylan
Language: English
Subfield: Plant Science
Domain: Life Sciences
SDG: Zero hunger
Open Access status: green
OpenAlex ID: W6929409459
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