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Effect of (vesicular-) arbuscular mycorrhiza on survival and post vitro development of micropropagated oil palms (Elaeis guineensis Jacq.)

Wirkung der vesikulär-arbuskulären Mykorrhiza auf die Überlebensrate und die post vitro Entwicklung von Ölpalmklonen (Elaeis guineensis Jacq.)

by Claudia Schultz
Doctoral thesis
Date of Examination:2001-11-22
Date of issue:2002-02-08
Advisor:Prof. Dr. Paul Vlek
Referee:Prof. Dr. Paul Vlek
Referee:Prof. Dr. Heiko C. Becker
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-1835

 

 

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Name:schultz.pdf
Size:1.87Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract

English

The oil palm (Elaeis guineensis Jacq.) is one of the most important plantation crops in Indonesia, the acreage is increased for about three times up to 2 million ha in the last 10 years. There is a huge demand for improved planting material to develop the oil palm plantations. Micropropagation facilitates multiplication of high-quality and homogeneous plant material in massproduction. In vitro propagated oil palms have to be adapted to natural conditions. In the weaning stage, the period after micropropagation under sterile conditions and before transplanting to the nursery, plants are subject to severe environmental stress, due to poor root-, shoot-growth and reduced cuticular wax formation. The percentage of mortality is about 30% during this phase and further 10% of the plantlets do not survive the transfer to the prenursery. The low percentage of plantlet survival still is a problem for expanding the commercial planting of clonal oil palms. The use of (vesicular-) arbuscular mycorrhizal fungi ((V)AMF) can be specially beneficial to perennial crops. The aim of this study was to investigate the effect of (V)AMF inoculation on the survival of micropropagated oil palm plantlets during the weaning stage. Three experiments were conducted in the greenhouse of the biotechnological research unit of the Indonesian Oil Palm Research Institute (IOPRI), in Medan to determine whether introduced (V)AMF could enhance transplanting success and plantlet acclimatization as indicated by plant survival, plant growth and nutrient uptake. The first experiment of this study was conducted as an initial screening. Twelve different mycorrhizal isolates, representing a broad range of endomycorrhizal fungi, were tested for their effectiveness in improving the survival and development of micropropagated oil palms during twelve weeks of post vitro growth. From twelve mycorrhizal isolates which were introduced, eleven fungi were able to improve the survival rate significantly to 83-100%, helping the plantlets to resist the environmental stress induced at transplanting from axenic conditions to normal cultivation in open pots. In contrast, only 55% of the non-inoculated control plants survived during the three-month experimental period. The used isolates were also highly effective in promoting plant growth. The shoot dry weights of plantlets which were inoculated with these fungal isolates significantly increased compared to the non-inoculated plants. Furthermore, inoculated plants showed a significantly increased P uptake. All mycorrhizal fungi tested in the initial screening had been shown to form mycorrhizas with the oil palm plantlets. Levels of infection observed after trypan blue staining were relatively low and differed between isolates and ranged in most cases between 17-27%. Despite the low percentage of root infection by the tested (V)AM fungi the effectiveness on plant survival and on growth improvement was significant in this study. Four or three out of the twelve tested (V)AMF isolates were selected for their effectiveness in improving plant survival and development and were investigated further in the second and third experiment, respectively.
Keywords: mycorrhiza; endomycorrhiza; vesicular-arbuscular mycorrhiza; inoculation; symbiosis; oil palm; Elaeis guineensis; post vitro; acclimatization; weaning; survival rate; plant development

Other Languages

In Gewebekultur vermehrte Ölpalmen (Elaeis guineensis Jacq.) werden unter kontrollierten, sterilen Bedingungen im Labor herangezogen. Bevor sie unter natürlichen Bedingungen weiterkultiviert werden können müssen sie während einer Übergangsphase im Gewächshaus an die veränderten Umweltfaktorn angepaßt werden. In dieser Zeit sind die empfindlichen Pflanzen zahlreichen Streßfaktoren ausgesetzt, die sich negativ auf ihre Entwicklung und die Überlebensraten auswirken. Dazu zählen einerseits Umweltfaktoren, wie z.B. die Art des Bodensubstrates, die veränderte Belichtung und Luftfeuchte und die Schadwirkung durch Pflanzenpathogene, aber auch pflanzen-physiologisch bedingte Faktoren wie ein z.T. schlecht entwickeltes Wurzelsystem und eine unzureichend ausgebildete Kuticula. In diesem als Akklimatisierung bezeichneten, drei Monate andauernden Abhärtungsprozess sterben trotz verbessernder Maßnahmen, wie z.B. Beschattung und Erhöhung der Luftfeuchtigkeit, 30% - 40% der Pflanzen ab. Die hohe Sterblichkeitsrate der empfindlichen Jungpflanzen, stellt ein großes Problem für die Kommerzialisierung von Ölpalmklonen dar. In zahlreichen Untersuchungen an anderen in vitro vermehrten Kulturpflanzen wirkte sich der Einsatz von vesikulär-arbuskulären Mykorrhizapilzen (VAMP) positiv auf die Überlebens-raten und die Entwicklung der Pflanzen aus. Die Vitalität sowie die Toleranz der Pflanzen gegenüber der Schadwirkung von Pflanzenpathogenen stieg, die Wurzelentwicklung wurde verbessert. Auf diesem Hintergrund sollte untersucht werden, inwieweit sich eine Beimpfung mit VAM Pilzen positiv auf die Überlebensraten und die Entwicklung der Ölpalmen im oben beschriebene Stadium auswirkt. Am Indonesian Oil Palm Research Institute (IOPRI) in Medan, wurden drei unterschiedliche Gewächshausversuche angelegt. Für einen Versuchszeitraum von jeweils 12 Wochen wurden die empfindlichen Jungpflanzen mit unterschiedlichen, in den Tropen beheimateten, vesikulär-arbuskulären Mykorrhizapilzen beimpft. Im ersten Versuch wurde ein breites Spektrum von Endomykorrhizapilz Isolaten auf ihre Wirksamkeit und Anwendbarkeit in einem sogenannten Screening untersucht. Von den zwölf untersuchten VAM-Isolaten führte die Inokulation mit elf Isolaten zu einer Steigerung der Überlebensrate auf 83-100%. Im Gegensatz dazu überlebten nur 55% der nicht inokulierten Ölpalmen den dreimonatigen Versuchszeitraum. Die verwendeten Isolate wirkten sich ebenfalls sehr positiv auf die Entwicklung der Jungpflanzen aus. Die Sproßtrockengewichte der inokulierten Pflanzen wurden gegenüber den Kontrollpflanzen signifikant erhöht. Darüber hinaus wurde eine signifikant erhöhte Phosphat-Aufnahme festgestellt. Alle untersuchten Mykorrhizapilze infizierten die Wurzeln der Ölpalmen. Die Infektionsraten waren relativ gering und variierten je nach Pilzart zwischen 17-22%. Trotz der geringen Infektionsraten zeigten die untersuchten VAM-Pilze eine hohe Effizienz in der Verbesserung der Überlebensrate und der Pflanzenentwicklung. Vier, beziehungsweise drei, der effizientesten VAM-Isolate wurden ausgewählt und in den folgenden Versuchen, weiter untersucht.
Schlagwörter: Mykorrhiza; Endomykorrhiza; vesikulär-arbuskuläre Mykorrhiza; Inokulation; Symbiose; Ölpalme; Elaeis guineensis; Gewebekultur; post vitro; Akklimatisierung; Abhärtung; Überlebensrate; Entwicklung
 

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