Biological control of interior decay in wood products by Trichoderma species

Abstract: Wood products in contact with soil (utility class 4) have to be vacuum pressure treated with copper-based wood preservatives. The expected service life of treated wood poles is >20 years. Impregna, the main implementation partner of this project, developed a unique post-treatment method in 1946 for wood poles also known as the Cobra-system. To date, more than 30 million utility poles have been post treated worldwide with wood preservatives. Thanks to the post-treatment, injecting boric acid and copper hydroxide, the expected lifespan of the wood poles is extended by 10-15 years. Due to new legislation, the use of copper hydroxide as active substance for wood protection was recently banned by the FOPH (Swiss Federal Office of Public Health). While biological control agents (BCA) such as Trichoderma species have been used for decades against pathogens for agriculture crops, their potential against wood decay basidiomycetes has only been recently reported. Own studies show that BCA can be used for successful eradication of copper tolerant fungi in the soil of infected sites. Thus, the main objective of this project was to develop a water-based, environmentally friendly bio-polymer as carrier substance for Trichoderma propagules that can be applied with the Cobra-system for the post-treatment of wood poles. For this purpose, wood pole segments with internal decay, were collected from 12 sites in Switzerland and the casual decay fungi isolated and identified. From most wood poles Antrodia and Gloeophyllum spp., that cause external and internal decay of wood poles, were isolated and their enzymatic ability analysed. Screening assays on artificial growth media and on Norway spruce wood, vaccum-pressure treated with a chrome-free wood preservative and different retention rates (2.42-21.69 kg/m3) demonstrated that the commercially available BCA isolate T-720 showed a highly antagonistic potential against all wood decay basidiomycetes. In order to identify a compatible carrier substance for application of T-720 propagules with the Cobra-system, the density (g/cm3) and viscosity (Pa·s) values of biopolymers were analysed. In comparison with the reference substance, which was previously used, for treating wood poles with the Cobra-system, from ten examined substances, only polyethylene glycol (PEG) showed similar viscosity values. However, for economic and environmental reasons it was decided that a carrier substance based on cellulose nanocrystals (5% CNC) should be used. Viability and germination tests were performed for CNC and five other biopolymers over a period of 6 months. After 6 months storage in 5% CNC, in the dark, at 4°C viability rates of T-720 propagules were 93.33%. When stored at room temperature in the dark or daylight inferior germination rates of 70 and 73%, respectively, were recorded. Interestingly, in wood pole segments injected with T-720 propagules and 5% CNC with the Cobra-system, even after 10 months, it was possible to reisolate T-720 from the wood. In combined studies, wood pole segments, were injected using the Cobra-system with T-720 and then exposed to the field for facilitating leaching of wood preservatives (6 months). Subsequently the wood pole segments were incubated for 8 months with either A. serialis Empa 740 or G. abietinum Empa 436. Mass loss data showed that T-720 did not significantly reduce decay by A. serialis or G. abietinum after 8 months incubation, even though T-720 could be successfully isolated from injected wood pole segments. For field studies a total of 167 wood poles (86 treated with 5% CNC and T-720 propagules and 81 treated only with 5% CNC) were injected on 14 cites in Switzerland. The status quo of the wood quality in all wood poles at the time of treatment was measured with the IML Resistograph. The data obtained in future will be vital for approval and registration of T-720 as an active substance for wood protection of wood poles against internal wood decay fungi
Abstract: Holzprodukte, die mit dem Boden in Kontakt kommen, müssen mit kupfer-basierten Holzschutzmitteln imprägniert werden. Die Lebensdauer von imprägnierten Holzmasten beträgt > 20 Jahre. Das Schweizer Unternehmen Impregna GmbH, entwickelte 1946 eine einzigartige Nachbehandlungsmethode für Holzmasten, die auch als das Cobra-Impfstichverfahren bekannt ist. Bisher wurden weltweit mehr als 30 Millionen Holzmasten mit Holzschutzmitteln nachbehandelt. Dank der Nachbehandlung durch die Injektion von Borsäure und Kupferhydroxid verlängert sich die erwartete Lebensdauer der Holzpfähle um 10-15 Jahre. Aufgrund neuer Rechtsvorschriften wurde die Verwendung von Kupferhydroxid als Wirkstoff für den Holzschutz kürzlich vom Eidgenössischen Gesundheitsamt (FOPH) verboten. Obwohl biologische Pflanzenschutzmittel aus der Gattung Trichoderma seit Jahrzehnten gegen Schaderreger in der Agrarwirtschaft werden, wurde erst kürzlich ihr Potenzial gegen holzzerstörende Basidiomyceten nachgewiesen. Studien zeigen, dass Trichoderma atrobrunneum zur erfolgreichen Bekämpfung kupfertoleranter Pilze im Boden eingesetzt werden kann. Das Hauptziel dieses Projekts war die Entwicklung einer wasserbasierten, umweltfreundlichen Trägersubstanz für die Lagerung und Injektion von Trichoderma-Konidien mittels dem Cobra-Impfstichverfahren zur Nachbehandlung von Holzmasten.
Zu diesem Zweck wurden Holzmastenabschnitte mit Innenfäule an 12 Standorten in der Schweiz gesammelt und die kausalen Holzzersetzer isoliert und identifiziert. Aus den meisten Holzmasten wurden Antrodia- und Gloeophyllum-Arten isoliert und nachfolgend ihr enzymatisches Potential bestimmt. Mittels eines Screening Verfahrens auf künstlichen Nährmedien und Fichten- und Kiefernholzproben, die mit einem chromfreien Holzschutzmittel und unterschiedlichen Einbringmengen (2.42-21.69 kg/m3) behandelt wurden, konnte ein hohes antagonistische Potential von T-720 gegen alle holzzerstörenden Pilze nachgewiesen werden. Um eine kompatible Trägersubstanz für die Anwendung von T-720-Propagula mit dem Cobra-System zu identifizieren, wurde die Dichte (g/cm3) und Viskosität (Pa · s) von sechs Biopolymeren analysiert. Im Vergleich zur Impfpaste, die zuvor zur Behandlung von Holzmasten mit dem Cobra-Impfstichverfahren verwendet wurde, zeigte nur Polyethylenglykol (PEG) ähnliche Viskositätswerte. Aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen wurde jedoch beschlossen, eine Trägersubstanz auf Basis von Cellulose-Nanokristallen (5% CNC) zu verwenden. Die Lagerfähigkeit und Viabilität von T-720 Konidien in CNC und fünf weiteren Biopolymeren wurde über einen Zeitraum von 6 Monaten untersucht. Nach 6-monatiger Lagerung in 5% CNC (im Dunkeln bei 4 °C) betrugen die Auskeimraten von T-720-Konidien 93,33%. Während einer Lagerung bei Raumtemperatur im Dunkeln oder bei Tageslicht wurden deutlich schlechtere Auskeimungsraten von 70 bzw. 73% verzeichnet. Interessanterweise konnten Konidien von T-720 >10 Monate nach Injektion mit dem Cobra-Impfstichverfahren in Holzmastensegmenten nachweislich überdauern. In kombinierten Studien wurden Holzmastensegmente mit T-720 injiziert und dann unter Feldbedingungen für 6 Monate im Erdreich eingebaut, um das Auswaschen von Holzschutzmitteln zu beschleunigen. Anschließend wurden die Holzmastensegmente 8 Monate unter kontrollierten Bedingungen mit A. serialis Empa 740 und G. abietinum Empa 436 inkubiert. Massenverlustdaten zeigten, dass T-720 die Holzzersetzung durch Antrodia serialis oder Gloeophyllum abietinum nach 8-monatiger Inkubation nicht signifikant reduzierte, obwohl T-720 aus den injizierten Holzmastensegmente isoliert werden konnte. In weiterführende Feldstudien wurden insgesamt 167 Holzmasten (86 mit 5% CNC- und T-720-Konidien und 81 nur mit 5% CNC behandelt) an 14 Standorten der Schweiz iniziert. Der Zustand der Holzqualität in allen Holzmasten wurde zum Zeitpunkt der Behandlung mit dem IML Resistograph gemessen. Die in Zukunft zu erwartenden Daten sind für eine Beurteilung der Wirksamkeit von T-720 gegen Innenfäuleerreger von maßgeblicher Bedeutung

Angaben zum Objekt

• Standort: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Umfang: Online-Ressource
• Sprache: Englisch
• Anmerkungen: Universität Freiburg, Dissertation, 2021

Klassifikation und Themen

• Schlagwort: Trichoderma ; Species ; Wood products

Beteiligte, Orts- und Zeitangaben

• Ereignis: Veröffentlichung
• (wo): Freiburg
• (wer): Universität
• (wann): 2021
• Urheber: Pasqualini, Alessia
• Beteiligte Personen und Organisationen: Schwarze, Francis ; Fink, Siegfried ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen

Weitere Informationen

• DOI: 10.6094/UNIFR/222709
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2227097
• Rechteinformation: Kein Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Letzte Aktualisierung: 25.03.2025, 13:44 MEZ