Entwicklung eines Beimpfungsverfahrens für Pflanzenkohle mit Bacillus subtilis

Gogniat, Samuel

doi:10.21256/zhaw-25258

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Publication type:	Bachelor thesis
Title:	Entwicklung eines Beimpfungsverfahrens für Pflanzenkohle mit Bacillus subtilis
Authors:	Gogniat, Samuel
Advisors / Reviewers:	Kulli Honauer, Beatrice Fischer, Esther Mathis, Alex
DOI:	10.21256/zhaw-25258
Extent:	67
Issue Date:	2022
Publisher / Ed. Institution:	ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Publisher / Ed. Institution:	Winterthur
Language:	German
Subjects:	Pflanzenkohle; Bacillus subtilis; Inokulum; Beimpfung; Shelf life; Oxidation; Kresse; Pythium ultimum
Subject (DDC):	630: Agriculture
Abstract:	Die natürliche Heterogenität des Bodens ist das entscheidende Hindernis bei der Applikation pflanzen-nützlicher Organismen, weshalb eine Trägersubstanz benötigt wird, die den Zielorganismen ein geeignetes Mikrohabitat bieten kann. Heute wird dazu meist Torf verwendet, der aber unter starker Kritik steht. In den vergangenen Jahren wurden vermehrt Arbeiten publiziert, die Pflanzenkohle als Träger-mittel untersuchten. Demnach funktioniert die Beimpfung der Kohle, die Produkte können aber oft-mals nicht mit Torf als Trägersubstanz mithalten. Entsprechend sind weitere Optimierungen des Beimpfungsverfahrens notwendig. In dieser Arbeit wurde ein Beimpfungsverfahren für Pflanzenkohle mit Bacillus subtilis entwickelt, und eine Optimierung durch eine Nährstoffanreicherung und Oxidation der Pflanzenkohle überprüft. Zu-dem wurde in einem fünfwöchigen Haltbarkeitsversuch die Lagerfähigkeit von unbehandelter und oxidierter Pflanzenkohle, beimpft mit B. subtilis, ermittelt. In einem letzten Schritt wurde getestet, ob beimpfte Pflanzenkohle (unbehandelt und oxidiert) Pythium ultimum bei Kresse zu unterdrücken vermag und dadurch das Kresse-Wachstum fördern kann. Die Nährstoffanreicherung der Pflanzenkohle führte zu tieferen Zellzahlen im Inokulum, vermutlich weil sie eine Blockierung der Poren oder eine zu salzige Umgebung für B. subtilis verursachte. Im Ver-such zum Einfluss der Oxidation der Pflanzenkohle auf die Beimpfung konnte diese die resultierenden Zellzahlen signifikant erhöhen. In den folgenden Versuchen konnte die Wirkung aber nicht mehr nach-gewiesen werden und die Oxidation hatte weder einen Einfluss auf die Haltbarkeit der Formulierung noch auf die Wirkung gegen P. ultimum bei Kresse. Diese widersprüchlichen Ergebnisse sind vermutlich auf die Filtration während des Oxidierungsverfahrens zurückzuführen, denn erst in den Nachfolgeversuchen wurde auch die Kontrollkohle eingelegt und filtriert. Durch die Filtrierung wurden die kleinsten Kohlepartikel ausgewaschen, was zu einer höheren durchschnittlichen Porengrössenverteilung geführt haben könnte. Es ist anzunehmen, dass dadurch die Populationsgrösse auf der beimpften Kohle erhöht wurde und die Porengrössenverteilung daher einen entscheidenden Faktor bei der Beimpfung von Pflanzenkohle darstellt. Die koloniebildenden Einheiten auf der eingelagerten Pflanzenkohle waren nach fünf Wochen signifikant tiefer als zu Beginn und entsprachen nicht den Qualitätsstandards. Eine vorgängige Abfiltrierung könnte die Ergebnisse verbessern. Das Inokulum zeigte eine positive Wirkung auf das Kresse-Wachstum und konnte den Befall durch P. ultimum vermindern. Diese Wirkung ist allerdings stärker auf die Pflanzenkohleapplikation als auf B. subtilis zurückzuführen. Möglicherweise hat die Pflanzenkohle die Nährstoffversorgung oder die physikalischen Eigenschaften des Substrates verbessert und die Vitalität der Kresse dadurch gefördert. Zudem hat die Behandlung mit beimpfter Pflanzenkohle das Wachstum der Kresse im Vergleich zur Negativkontrolle nur leicht erhöht, was die Wichtigkeit einer weiteren Optimierung des Verfahrens hervorhebt. Die in dieser Arbeit auf der Pflanzen-kohle erreichten Populationsgrössen entsprachen den Qualitätsstandards, weshalb das angewendete Verfahren erfolgsversprechend für weitere Verbesserungen ist. The natural heterogeneity of soils is the key obstacle in the application of plant beneficial microorganisms, hence a carrier is needed that can provide a suitable microhabitat for the target organisms. Today, peat is generally the preferred material for this purpose, however it has been the subject of considerable criticism. In recent years, an increasing number of papers have been published that examined biochar as a new carrier substance. The inoculation of biochar has been successful, although the resulting products have not been able to compete with peat as a carrier substance in many cases. Accordingly, further optimisation of the inoculation process is needed. In this thesis, an inoculation process for biochar with Bacillus subtilis was developed and further an optimisation through the nutrient enrichment and oxidation of biochar was tested. In addition, the shelf life of untreated and oxidised charcoal inoculated with B. subtilis was determined in a five-week shelf life trial. In a final experiment, it was assessed whether inoculated charcoal (untreated and oxidised) is able to suppress Pythium ultimum in cress and thus promote cress growth. The nutrient enrichment of the biochar led to lower cell counts in the inoculum, presumably because it caused a blockage of pores or a too salty environment for B. subtilis. In the experiment assessing the influence of the biochar oxidation on the inoculation, oxidised biochar was able to host significantly higher cell counts. In the following tests, however, the effect could not be verified, and the oxidation had no influence on the shelf or the suppressive effect against P. ultimum in cress. These contradictory results are probably caused due to the filtration during the oxidation process, as only in the subsequent trials the control biochar was soaked and filtered as well. The filtration resulted in the leaching of the smallest biochar particles, which may have led to a higher average pore size distribution. It can be assumed that this process led to an increased population size on the inoculated biochar and hence the pore size distribution is a decisive factor in the inoculation process of biochar. The colony forming units on the inoculated biochar were significantly lower after five weeks of storage than at the beginning and did not meet the quality standards. Prior filtration may improve the results. The inoculum showed a positive effect on cress growth and was able to reduce infestation by P. ultimum. However, this effect was more strongly attributed to the biochar application than to B. subtilis. It might be that the biochar application has improved the nutrient supply or physical properties of the substrate and thus promoted the vitality of the cress. The treatment with inoculated biochar however increased the growth of cress only slightly compared to the negative control, which highlights the importance of further optimisation of the inoculation process. The population sizes achieved on the biochar in this thesis met the quality standards, thus the method used is promising for further improvements.
URI:	https://digitalcollection.zhaw.ch/handle/11475/25258
License (according to publishing contract):	CC BY 4.0: Attribution 4.0 International
Departement:	Life Sciences and Facility Management
Appears in collections:	Bachelorarbeiten Umweltingenieurwesen

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Gogniat, S. (2022). Entwicklung eines Beimpfungsverfahrens für Pflanzenkohle mit Bacillus subtilis [Bachelor’s thesis, ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften]. https://doi.org/10.21256/zhaw-25258

Gogniat, S. (2022) Entwicklung eines Beimpfungsverfahrens für Pflanzenkohle mit Bacillus subtilis. Bachelor’s thesis. ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften. Available at: https://doi.org/10.21256/zhaw-25258.

S. Gogniat, “Entwicklung eines Beimpfungsverfahrens für Pflanzenkohle mit Bacillus subtilis,” Bachelor’s thesis, ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Winterthur, 2022. doi: 10.21256/zhaw-25258.

GOGNIAT, Samuel, 2022. Entwicklung eines Beimpfungsverfahrens für Pflanzenkohle mit Bacillus subtilis. Bachelor’s thesis. Winterthur: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften

Gogniat, Samuel. 2022. “Entwicklung eines Beimpfungsverfahrens für Pflanzenkohle mit Bacillus subtilis.” Bachelor’s thesis, Winterthur: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften. https://doi.org/10.21256/zhaw-25258.

Gogniat, Samuel. Entwicklung eines Beimpfungsverfahrens für Pflanzenkohle mit Bacillus subtilis. ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, 2022, https://doi.org/10.21256/zhaw-25258.