Untersuchungen zur Vermehrung und Mykorrhiza von Eleutherococcus Maxim. (Araliaceae) Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) dem Fachbereich Biologie der Philipps-Universität Marburg vorgelegt von Matthias Döring aus Meißen (Freistaat Sachsen) Marburg/Lahn 2007 Vom Fachbereich Biologie der Philipps-Universität Marburg als Dissertation am 07.02.2007 angenommen. Erstgutachter: Prof. Dr. Hans Christian Weber Zweitgutachter: Prof. Dr. Roland Brandl Tag der mündlichen Prüfung am 08.02.2007. ii Meinen lieben Eltern gewidmet iii INHALTSVERZEICHNIS 1. Einleitung.......................................................................................................................1 1.1. Name.................................................................................................................................1 1.2. Verbreitung und Artenschutz............................................................................................2 1.3. Morphologie und Anatomie .............................................................................................4 1.4. Nutzen...............................................................................................................................5 1.5. Kultivierung und Vermehrung .......................................................................................10 1.6. Mykorrhiza .....................................................................................................................12 1.7. Zielsetzung .....................................................................................................................26 2. Material und Methoden ............................................................................................27 2.1. Untersuchtes Pflanzenmaterial.......................................................................................27 2.2. Entnahme, Fixierung und Lagerung der Wurzelproben .................................................27 2.3. Anatomische Untersuchungsmethoden ..........................................................................28 2.3.1. Lichtmikroskopie............................................................................................................28 2.3.2. Trypanblaufärbung .........................................................................................................28 2.3.3. Herstellung von Semidünnschnitten in Technovit..........................................................28 2.3.4. Herstellung von Paraffinschnitten..................................................................................29 2.3.5. Nachweis verschiedener Inhaltsstoffe ............................................................................30 2.3.6. Nachweis der Zellkerne..................................................................................................30 2.3.7. Nachweis von aktiv bewegenden Mikroorganismen......................................................30 2.3.8. Rasterelektronmikroskopie (REM)................................................................................30 2.4. Kultivierung von Laubblättern und Sprossstecklingen ..................................................30 2.4.1. Bewurzelung von Laubblättern und Fiederblättchen......................................................30 2.4.2. Behandlungen mit Rotlicht.............................................................................................31 2.5. Etablierung einer Pflanzengewebekultur von Eleutherococcus sieboldianus (Makino) Koidz. .............................................................................................................31 2.6. Isolation und Kultivierung von Mikroorganismen .........................................................32 2.7. Topfkultivierung und Inokulation mit Glomus intraradices in vivo ..............................33 2.7.1. Inokulumgewinnung.......................................................................................................33 2.7.2. Inokulationsexperiment mit Eleutherococcus sieboldianus...........................................33 2.7.3. Inokulationsexperiment mit Eleutherococcus gracilistylus ...........................................33 2.8. Kultur von Gigaspora margarita und Inokulation in vitro ............................................34 2.8.1 Inokulumgewinnung.......................................................................................................34 2.8.2. Desinfektion ...................................................................................................................34 2.8.3. In vitro Kulturmedien für Gigaspora margarita............................................................34 2.8.4. Inokulation von in vitro vermehrten Eleutherococcus sieboldianus mit Gigaspora margarita ........................................................................................................................34 2.9. Wachstumsparameter......................................................................................................35 2.10. Statistik...........................................................................................................................35 2.11. Molekularbiologische Bestimmung der Glomeromyzeten an Wurzeln aus dem Frei- land .................................................................................................................................35 3. Ergebnisse....................................................................................................................38 3.1. Morphologische Merkmale von verschiedenen Eleutherococcus-Arten........................38 3.2. Bewurzelungsexperimente mit Laubblättern von Eleutherococcus gracilistylus ..........53 3.3. Bewurzelungsexperimente mit Laubblättern von verschiedenen Eleutherococcus- Arten ...............................................................................................................................57 3.4. Ausbildung von Adventivsprossen bei verschiedenen Eleutherococcus-Arten.............64 iv 3.5. Stecklingsvermehrung von Sprossachsen verschiedener Eleutherococcus-Arten .........67 3.6. Pflanzengewebekultur von Eleutherococcus sieboldianus.............................................71 3.6.1. Somatische Embryoidogenese von Eleutherococcus sieboldianus................................71 3.6.2. Deformationen des Pflanzenmaterials in der Pflanzengewebekultur.............................80 3.6.3. Mikroorganismen in der Pflanzengewebekultur.............................................................83 3.7. Wurzelanatomie bei Eleutherococcus ............................................................................90 3.8. Mykorrhiza bei Wurzeln aus dem Freiland und Adventivwurzeln von Blattrisslingen von Eleutherococcus gracilistylus..................................................................................94 3.9. Molekularbiologische Untersuchungen der mit Eleutherococcus-Arten assoziierten Glomeromyzeten.............................................................................................................98 3.10. Experimente mit Sporen von Gigaspora margarita Becker & Hall ............................100 3.11. Experiment zum Gravitropismus bei Gigaspora margarita ........................................107 3.12. Inokulation von mikrovermehrten Pflanzen der Art Eleutherococcus sieboldianus mit Gigaspora margarita..............................................................................................109 3.13. Inokulationsexperiment mit Glomus intraradices bei mikrovermehrten Pflanzen von Eleutherococcus sieboldianus ...............................................................................111 4. Diskussion .................................................................................................................117 4.1. Morphologische Beschreibungen der Sträucher...........................................................117 4.2. Anatomische Beschreibungen der Wurzeln .................................................................117 4.3. Bewurzelung von Laubblättern und Stecklingsvermehrung verschiedener Eleutherococcus-Arten .................................................................................................117 4.4. Somatische Embryoidogenese von Eleutherococcus sieboldianus..............................120 4.5. Deformationen von Wurzelhaaren und Pflanzen und Mikroorganismen assoziiert mit Pflanzen von Eleutherococcus sieboldianus aus Pflanzengewebekultur ...............121 4.6. Mykorrhiza von Eleutherococcus.................................................................................125 4.7. Molekularbiologische Charakterisierung der Glomeromyzeten an Wurzeln von verschiedenen Eleutherococcus-Arten .........................................................................131 4.8. In vitro Experimente mit Gigaspora margarita ...........................................................134 4.9. Inokulationsexperiment mit Eleutherococcus sieboldianus und Glomus intraradices 137 5. Anhang .......................................................................................................................141 5.1. Anhang A - Drehbuch ..................................................................................................141 5.2. Anhang B – Inokulationsexperiment von Eleutherococcus sieboldianus mit Glomus intraradices...................................................................................................................151 6. Zusammenfassung ...................................................................................................153