Untersuchungen zu Wechselwirkungen zwischen Folsomia candida (Collembola) und verschiedenen bodenbewohnenden Pilzen

Studies on the interactions between Folsomia candida (Collembola) and different soil inhabiting fungi

  • Im Lebensraum Boden stellen Pilze einen bedeutenden Anteil der lebenden Biomasse dar und werden von einer Vielzahl von Organismen als Nahrungsressource genutzt. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Interaktionen zwischen der pilzfressenden Bodenarthropode Folsomia candida und verschiedenen Bodenpilzen. Einerseits wurde der Einfluss zahlreicher unterschiedlicher Eigenschaften von Pilzmyzelen, insbesonderer der Gehalt an giftigen Inhaltsstoffen und die Ausbildung von kristallinen Strukturen auf der Hyphenoberfläche und deren Funktion als Fraßschutz auf das Verhalten der Collembolen betrachtet. Andererseits wurde die Auswirkung des Fraßdrucks auf das Myzelwachstum und die intraspezifische Konkurrenz zwischen den Pilzen untersucht. In Laborexperimenten wurde das Fraßverhalten von F. candida gegenüber insgesamt 32 Pilzstämmen getestet, die entweder kristalline Oberflächenstrukturen oder giftige Inhaltsstoffe ausbilden oder als Referenzarten dienten. Zusätzlich wurden komplexe Gewächshausexperimente mit Quercus rubraIm Lebensraum Boden stellen Pilze einen bedeutenden Anteil der lebenden Biomasse dar und werden von einer Vielzahl von Organismen als Nahrungsressource genutzt. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Interaktionen zwischen der pilzfressenden Bodenarthropode Folsomia candida und verschiedenen Bodenpilzen. Einerseits wurde der Einfluss zahlreicher unterschiedlicher Eigenschaften von Pilzmyzelen, insbesonderer der Gehalt an giftigen Inhaltsstoffen und die Ausbildung von kristallinen Strukturen auf der Hyphenoberfläche und deren Funktion als Fraßschutz auf das Verhalten der Collembolen betrachtet. Andererseits wurde die Auswirkung des Fraßdrucks auf das Myzelwachstum und die intraspezifische Konkurrenz zwischen den Pilzen untersucht. In Laborexperimenten wurde das Fraßverhalten von F. candida gegenüber insgesamt 32 Pilzstämmen getestet, die entweder kristalline Oberflächenstrukturen oder giftige Inhaltsstoffe ausbilden oder als Referenzarten dienten. Zusätzlich wurden komplexe Gewächshausexperimente mit Quercus rubra durchgeführt, um u.a. den Einfluss der Collembolen auf die Mykorrhizierung unter natürlicheren Bedingungen zu untersuchen. F. candida unterschied deutlich zwischen einzelnen Pilzstämmen und fraß signifikant weniger an Myzelen mit Hyphenauflagerungen als an Referenzarten. Damit konnte erstmals den Hyphenauflagerungen eine ökofunktionelle Bedeutung als Fraßschutz zugeordnet werden. Dieser geht mit der besonders starken Ausbildung von Auflagerungen auf wichtigen Myzelstrukturen, wie Rhizomorphen mancher Pilzarten, einher. Noch stärker fraßhemmend wirkten giftige oder bitter bzw. scharf schmeckende Inhaltsstoffe, da insbesondere Pilze mit nachgewiesenem Gehalt an Muscarin, Amanitin und Fasciculol von den Collembolen am wenigsten gefressen wurden. Damit konnte die vermutete fraßhemmende Wirkung von Sekundärmetaboliten auf Bodenarthropoden bestätigt und erstmals mit konkreten Messungen des Giftgehaltes in Verbindung gebracht werden. Das Vorkommen von solchen Inhaltsstoffen und deren fraßhemmende Wirkung konnte so von den Fruchtkörpern auf die Myzele ausgeweitet werden. Eine ausgeprägte Fraßpräferenz für dunkel pigmentierten Pilzstämmen unabhängig ihrer taxonomischen Zugehörigkeit konnte ebenfalls bestätigt werden. Als weiterer Parameter wurde der Nährwert der Pilze durch die Analyse des Kohlenstoff-, Stickstoff- und Schwefelgehalts und durch die Anzahl der abgelegten Eier als Maß für die Fitness der Collembolen abgeschätzt und mit dem Fraßverhalten in Beziehung gebracht. Die untersuchten Elementgehalte korrelierten nicht mit der Fraßpräferenz. Die Ergebnisse der absoluten Gelegezahlen deuten auf einen Zusammenhang zwischen Nährwert und Fraßpräferenz hin, wobei die Hyphenauflagerungen und Giftgehalte wahrscheinlich von ausschlaggebender Bedeutung sind. Des Weiteren wurde erstmals nach Unterschieden in der Fraßpräferenz zwischen zahlreichen Ektomykorrhizapilzen und Nicht-Mykorrhizapilzen unter Berücksichtigung zahlreicher anderer Faktoren gesucht. Hier bestand im Gegensatz zu Endomykorrhizapilzen, deren geringe Attraktivität und Nahrungsqualität für Arthropoden als gesichert gilt, großer Forschungsbedarf. Es konnte kein Unterschied zwischen beiden Pilzgruppen in Bezug auf die Fraßpräferenz und Fertilität von F. candida festgestellt werden. Allerdings blieb der Einfluss von Symbiosepartnern oder unterschiedlichen Substraten unberücksichtigt. Collembolen haben einen meist negativen Einfluss auf das Myzelwachstum, der aber stark zwischen einzelnen Pilzarten variiert. Die Vermutung, dass Pilze durch die Ausbildung fraßhemmender Mechanismen einen Konkurrenzvorteil unter Fraßdruck erlangen, konnte nicht bestätigt werden. Vor allem schnell wachsende Pilzstämme wurden durch den Fraß gehemmt, was zur Angleichung der Wachstumsgeschwindigkeiten führte. Collembolen können daher die Konkurrenzverhältnisse zwischen einzelnen Pilzarten beeinflussen. Dies konnte auch in den Gewächshausexperimenten bestätigt werden. Nach Zugabe von Collembolen verringerte sich die Abundanz von Mykorrhizen eines bevorzugt gefressenen Pilzes zu Gunsten einer weniger bevorzugten Art. Die Collembolen hatten einen negativen Einfluss auf die Mykorrhizierung, die ihrerseits unter den Versuchsbedingungen einen insgesamt positiven Einfluss auf das Pflanzenwachstum hatte. Ein vermuteter indirekter Einfluss der Collembolen auf das Pflanzenwachstum und andere Bodenparameter muss in weiteren Experimenten unter komplexen Bedingungen untersucht werden. Die Arbeit zeigte, dass bei der Auswahl von Pilzarten für Experimente zahlreiche Eigenschaften der Pilze zu berücksichtigen sind, um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen.show moreshow less
  • Fungi represent a mayor part of the living biomass in the upper soil horizon and therefore serve as an important food source for many soil organisms. The main objective of the presented investigation was to analyse the interactions between the fungivores soil arthropods Folsomia candida (Collembola) and a variety of soil fungi. On one side the influence of certain characteristics of fungal mycelia on the feeding behaviour of the Collembola, especially the content of poisonous metabolites or the formation of crystalline structures at the hyphal surface and their function as feeding protection, were of mayor interest. On the other side the growth response of the mycelia as well as changes of their intraspecific competitiveness under the influence of feeding pressure were examined. In different in vitro food choice experiments the feeding preference of F. candida on 32 soil fungi was tested, which either contained poisonous metabolites or formed crystalline structures or served as reference strains. Additionally, complex pot experimentsFungi represent a mayor part of the living biomass in the upper soil horizon and therefore serve as an important food source for many soil organisms. The main objective of the presented investigation was to analyse the interactions between the fungivores soil arthropods Folsomia candida (Collembola) and a variety of soil fungi. On one side the influence of certain characteristics of fungal mycelia on the feeding behaviour of the Collembola, especially the content of poisonous metabolites or the formation of crystalline structures at the hyphal surface and their function as feeding protection, were of mayor interest. On the other side the growth response of the mycelia as well as changes of their intraspecific competitiveness under the influence of feeding pressure were examined. In different in vitro food choice experiments the feeding preference of F. candida on 32 soil fungi was tested, which either contained poisonous metabolites or formed crystalline structures or served as reference strains. Additionally, complex pot experiments in a greenhouse with Quercus rubra were conducted to investigate the effects of feeding especially on the mycorrhizal symbioses in a more natural system. F. candida strongly differentiated between different fungal isolates and fed significantly less on mycelia with crystalline structures compared to the reference group. For the first time such structures has been associated with an ecological function as feeding protection. This function corresponds with high amounts of crystals at crucial mycelial parts like rhizomorphes of several species. Poisonous or bitter tasting metabolites served even better as feeding protection. Some toxic substances like Amanitin, Muscarine or Fasciculol has been detected in certain mycelia, which strongly correlated with the low feeding preference of the Collembola. This study confirmed previous assumptions of the protective function of secondary metabolites in combination with the detection of responsible substances. Their importance could be extended from protecting the fruit bodies to the mycelium as well. Because the wide variety of tested fungi includes several dark pigmented fungi, previous observations of a strong feeding preference for this fungal group independent of a taxonomic classification could be confirmed. In addition, the nutritional value of the fungi were estimated by analyzing the content of carbon, nitrogen and sulphur and by the amount of eggs laid by the Collembola as an indication of their fitness. The element content did not correspond with the feeding behaviour. The number of eggs indicates a correlation between feeding preference and palatability. However, crystalline structures and the content of poisonous metabolites were most likely more important for the food choice. As another aspect a wide variety of ectomycorrhiza fungi and saprotrophic fungi were for the first time compared considering their attractiveness as food source under consideration of several other parameters. With regard to endomycorrhiza fungi, which low attractiveness and palatability are generally accepted, there is very little knowledge on this aspect. No differences between both fungal groups regarding the collembolan behaviour could be found. However, the effect of different substrates and the influence of a plant symbiont could not be analysed in this study. In most cases the grazing activity of Collembola has a negative impact on the mycelial growth. However fungi respond differently to the feeding pressure. The assumption, that fungi with feeding protection gain advantage under intraspecific competition and feeding pressure could not be confirmed. Especially fast growing fungi were most inhibited so the growth rates of the fungi became more equal and therefore Collembola can influence the competitiveness of certain fungi. In the greenhouse experiments a shift within the fungal community under the influence of Collembola could be observed. A high number of Collembola reduced the abundance of root tips mycorrhized by a preferred grazed dark pigmented fungus compared to a less preferred fungus. Over all, Collembola reduced the amount of mycorrhized rood tips. Mycorrhization had a positive influence on plant growth. An assumed indirect influence of Collembola on plant growth and other parameters of the soil ecosystem need to be studied in further experiments under complex conditions. The experiments demonstrated that several parameters and characteristics of the fungi need to be considered to find appropriate species for further experiments.show moreshow less

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Metadaten
Author: Böllmann, Jörg
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-15416
ISBN:978-3-937728-08-7
ISSN:1436-0918
Series (Serial Number):Cottbuser Schriften zu Bodenschutz und Rekultivierung (40)
Referee / Advisor:Prof. Dr. Dr. h.c. Hüttl, Reinhard
Document Type:Doctoral thesis
Language:German
Year of Completion:2009
Date of final exam:2009/11/12
Release Date:2010/03/16
Tag:Fraßpräferenz; Kristalle; Mykorrhizapilze; Nahrungsqualität; Sekundäre Metabolite
Crystals; Feeding preference; Mycorrhiza fungi; Palatability; Secondary metabolites
GND Keyword:Biodiversität; Bodenpilze; Springschwänze
Institutes:Fakultät 2 Umwelt und Naturwissenschaften / FG Bodenschutz und Rekultivierung
Institution name at the time of publication:Fakultät für Umweltwissenschaften und Verfahrenstechnik (eBTU) / LS Bodenschutz und Rekultivierung