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Jun 22, 2023

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Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 10453 (2023) Diesen Artikel zitieren 272 Zugriffe auf 1 Altmetric Metrics-Details In der aktuellen Studie wurden zwei Schimmelpilze, Aspergillus flavus (ACC# LC325160) und

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 10453 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

In der aktuellen Studie wurden zwei Schimmelpilze, Aspergillus flavus (ACC# LC325160) und Penicillium chrysogenum (ACC# LC325162), in zwei Holzarten geimpft, um sie mithilfe von Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersivem Röntgen (SEM-EDX) und computerisiert zu untersuchen Tomographie (CT)-Scannen. Ficus sycomorus, ein nicht haltbares Holz, und Tectona grandis, ein haltbares Holz, waren die beiden ausgewählten Holzblöcke. Sie wurden mit den beiden Schimmelpilzen beimpft und 36 Monate lang bei einer Umgebungstemperatur von 27 ± 2 °C und 70 ± inkubiert 5 % relative Luftfeuchtigkeit (RH). Die Oberfläche und eine Tiefe von 5 mm der beimpften Holzblöcke wurden anhand von SEM- und CT-Bildern histologisch beurteilt. Die Ergebnisse zeigten, dass A. flavus und P. chrysogenum enorm auf und in den Holzblöcken von F. sycomorus wuchsen, das Holz von T. grandis jedoch resistent gegen Schimmelwachstum war. Der Atomanteil von C sank von 61,69 % (Kontrolle) auf 59,33 % in F. sycomorus-Holzproben, die mit A. flavus inokuliert wurden, während O von 37,81 auf 39,59 % anstieg. P. chrysogenum führte dazu, dass die C- und O-Atomprozentsätze im Holz von F. sycomorus auf 58,43 % bzw. 26,34 % sanken. C mit Atomprozentsätzen im C-Gehalt von Teakholz sank von 70,85 auf 54,16 % bzw. 40,89 %, nachdem es mit A. flavus und P. chrysogenum inokuliert wurde. Der O-Atomanteil stieg von 28,78 auf 45,19 % bzw. 52,43 %, wenn mit A. flavus bzw. P. chrysogenum inokuliert wurde. Je nachdem, wie haltbar das jeweilige Holz war, konnten die untersuchten Pilze die beiden unterschiedlichen Holzarten in unterschiedlichen Schädigungsmustern angreifen. T. grandis-Holz, das von den beiden untersuchten Schimmelpilzen überholt wurde, scheint ein nützliches Material für eine Vielzahl von Verwendungszwecken zu sein.

Zahlreiche Holzarten, darunter Ficus sycomorus, Cedrus libani, Quercus cerris, Zizyphus spina Christi und Tamarix sp. wurden in altägyptischen Gräbern entdeckt[1]. Die untersuchten Proben zeigten unterschiedliche Konservierungsbedingungen im Hinblick auf Kohlenhydrat- und/oder Ligninverluste, obwohl sie über einen langen Zeitraum in trockenen archäologischen Stätten vergraben waren. Hohe Konzentrationen löslicher Chemikalien erschwerten die Interpretation der Ergebnisse. Diese wasserlöslichen Substanzen enthielten depolymerisiertes Lignin oder Kohlenhydrate[2]. Es ist allgemein bekannt, dass Holz, ein organisches Naturmaterial, anfällig für Pilzbefall ist, wenn die richtigen Bedingungen gegeben sind, beispielsweise wenn der Feuchtigkeitsgehalt auf 20 % ansteigt und die Temperatur zwischen 25 und 40 °C sinkt[3,4,5,6 ,7,8,9].

Wenn Pilze in das Holz eindringen, verbrauchen sie dessen elementare Zusammensetzung und Kohlenhydrate. Braun- und Weißfäule greifen an, indem sie die Schichten der Zellwand depolymerisieren, wohingegen Weichfäulepilze Hohlräume in der Sekundärwand erzeugen[3,10]. Das Wachstum und die Vermehrung von Pilzen nutzen Stärke und einfache Zucker, die in der Struktur enthalten sind, insbesondere im Lumen der Holzstrahl- und Axialparenchymzellen, was zu strukturellen Veränderungen der Holzobjekte führt[10]. Pilze erzeugen extrazelluläre Enzyme wie Cellulase, Xylanase und α-L-Arabinofuranosidase, während sie sich in einem dynamischen und konkurrierenden Prozess vermehren und Holz besiedeln[11,12,13,14,15,16]. Sie können auch in Holzrichtungen in Längs-, Radial- und Tangentialrichtung wachsen[17,18,19]. Die Hyphen können zwischen den Holzringen, in die Zellwand, zwischen Fasern und durch Gruben hindurchgehen[18,20,21,22].

Die Schimmelpilzgattungen Penicillium, Paecilomyces und Aspergillus können Holz und Holzprodukte schädigen[7]. Cellulase und andere extrazelluläre Enzyme, die von Penicillium-Arten produziert werden[23], bauen Pektin und Xylan ab[24]. Paecilomyces variotii, der Weichfäulepilz, produziert das Enzym Amylase[24]. Das Xylanasen-Enzym[24,25] und hydrolytische Enzyme, die Hemicellulosen und Cellulose abbauen können[26], werden von Aspergillus-Arten produziert. Obwohl einige Schimmelpilze, wie Trichoderma viride, kein Holz zersetzen, verbrauchen sie doch enzymatisch die in den Parenchymzellen enthaltenen Nährstoffe[27].

Nach 4-jähriger Besiedlung von Acacia saligna-Holz zeigten Aspergillus niger, A. flavus, Alternaria tenuissima, Fusarium culmorum und T. harzianum Risse und Brüche innerhalb der sekundären Zellwandregionen, die durch die Einwirkung von Säuren auf Polysaccharide verursacht wurden[28 ]. T. viride und A. alternata, ein Oberflächenschimmelpilz, haben die Fähigkeit, die Ultrastruktur von Holz ähnlich wie Moderfäulepilze zu verändern[8].

Cellulase-Enzyme werden von den lignocellulolytischen Pilzen der Gattungen Aspergillus und Penicillium abgesondert, die Cellulose hydrolysieren, um Glucose, ein Monosaccharidmolekül, zu produzieren[4]. Penicillium chrysogenum ist ein weiterer Pilz, der Holz verrottet; Seine Hyphen sind eng mit der Struktur des Holzes verbunden, und in den zerfallenden Zellwänden des Holzes im Boden bildeten sich Erosionstäler[5,8]. Der Abbau von amorpher Zellulose und Xylan (Hemizellulose) im Holz blieb unter trockenen Bedingungen und über einen längeren Zeitraum erhalten[29]. Trockenes altes Holz zersetzt sich komplexer als durchnässtes Holz[2].

Unter den traditionellen Untersuchungsmethoden hat die Computertomographie (CT), eine der gebräuchlichsten Untersuchungsmethoden, das Potenzial, ein Werkzeug zur Messung der Eindringtiefe von Pilzen in Holz zu sein. Die CT erzeugt (tomographische) Querschnittsbilder (virtuelle „Scheiben“) aus verschiedenen Winkeln bestimmter Bereiche und ermöglicht so einen zerstörungsfreien, genaueren Blick auf das Pilzwachstum in Holzstrukturen[30,31,32].

Diese Forschung untersuchte, wie sich Aspergillus flavus und Penicillium chrysogenum nach einer Inokulation über einen Zeitraum von 36 Monaten auf Ficus sycomorus und Tectona grandis auswirkten.

Diese Studie entspricht den relevanten institutionellen, nationalen und internationalen Richtlinien und Gesetzen. Diese Studie enthält keine von einem der Autoren durchgeführten Studien mit menschlichen Teilnehmern oder Tieren. Als Holzquellen wurden Splintholzproben von Ficus sycomorus, einer 25 Jahre alten einheimischen Baumart, und Tectona grandis, einem importierten Holz[33], verwendet. In einer Holzwerkstatt in Alexandria, Ägypten, wurden zehn Holzschnittproben von F. sycomorus und T. grandis mit Abmessungen von 0,5 × 1 × 2 cm hergestellt, bei 121 °C autoklaviert und anschließend in einem Ofen bei 103 ± 2 °C getrocknet 24 Stunden[34,35].

Für die Holzimpfung wurden zwei Weichfäulepilze, Aspergillus flavus und Penicillium chrysogenum, verwendet. Diese Pilze wurden zuvor molekular identifiziert und in der GenBank unter den Zugangsnummern LC325160 bzw. LC325162 hinterlegt.

Jedes Stück Holzprobe wurde einzeln in Petrischalen mit Medien aus Kartoffel-Dextrose-Agar (PDA) und Pilzscheiben von A. flavus (ACC# LC325160) und P. chrysogenum (ACC# LC325162) mit einem Durchmesser von 5 mm inokuliert[9, 36]. Anschließend wurden Pilze auf Holzblöcken unter Versuchsbedingungen (27 ± 2 °C und 70 ± 5 % relative Luftfeuchtigkeit (RH)) kultiviert, wobei die Inkubation bis zur vollständigen Besiedlung der Petrischalen und des Holzblocks durch den Pilz dauerte. Nach dieser Zeit wurden die Petrischalen mit einer Plastikfolie aus Frischhaltefolie abgedeckt und 36 Monate lang in einer Wachstumskammer bei Umgebungsbedingungen (27 ± 2 °C und 70 ± 5 % relative Luftfeuchtigkeit) gelagert[28]. Die beimpften Holzblöcke wurden dann zur weiteren Untersuchung entnommen.

Unter Verwendung eines Umwelt-Rasterelektronenmikroskops (ESEM) (Quanta FEG250; FEI Co., Hillsboro, OR, USA) wurden die inokulierten Holzproben von F. sycomorus und T. grandis auf Pilzbefall (A. flavus und P. chrysogenum) analysiert ) auf der Oberfläche und in 5 mm Tiefe des infizierten Holzblocks. Energiedispersive Spektroskopie (ESEM-EDS (Quanta FEG250; FEI Co., Hillsboro, OR, USA, mit Wolframelektronenquelle, bei 20 kV) wurde verwendet, um die Variationen in der Oberflächenelementzusammensetzung zu untersuchen.

Der Hyphenpilzbefall in den getesteten Holzproben wurde durch Röntgen-Computertomographie (CT) mit einem Toshiba Aquilion 16 CT-Scanner, Tokio, Japan, untersucht. Mithilfe der 3D-Bildgebung, einer Bildqualität mit oberflächenschattierten Renderings und volumengerenderten 3D-Bildern, wurden Datensätze angezeigt und Bilder und Videos aufgezeichnet. Distanzmessungen wurden durchgeführt, während die 3D-Oberfläche vergrößert und verkleinert wurde. Der Aquilion 16 verfügt über 896 Kanäle in 40 Reihen von Festkörperdetektoren mit verschiedenen Schichtdicken und wurde zum Testen einer hohen Bildqualität verwendet. In x-, y- und z-Richtung hatte das System eine Low-Contrast-Auflösung von 2 mm bei 0,3 % und eine High-Contrast-Auflösung von 0,35 mm. Die folgenden Werte wurden verwendet: Spannung 120 kV, Strom 150 mA, Zeit 15,819 s und Dicke 0,5 × 16 mm2[37]. Die CT-Zahl, die durch Helligkeitsdaten in einem Bild ausgedrückt wird, basiert auf linearen Röntgenabsorptionskoeffizienten[38].

Auf Ficus sycomorus-Holz war das Wachstum von Aspergillus flavus in allen Proben deutlich sichtbar (Abb. 1). An verschiedenen Stellen wurde eine visuelle Zunahme der Konidienmenge beobachtet. Mehrere Pilzmyzele und Konidien aus der Luft bedeckten an verschiedenen Stellen die Oberfläche von F. sycomorus, was zu einer sichtbaren Zunahme der Konidienhäufigkeit führte (Abb. 1a und b). Darüber hinaus nahmen die Anzahl der Konidiosporen und des Myzels aufgrund einer abweichenden Sporenentwicklung entlang der Hyphen im Basalmyzel zu (Abb. 1c und d).

REM-Bilder von Holzproben von F. sycomorus, die vom schnellen Wachstum von A. flavus besiedelt wurden. In (a) ist eine Reihe von Luftpilzmyzelien dargestellt, in (b–d) sind verteilte Konidien, Sporangiophore und Konidien sowie die äußeren Hyphen des Pilzes dargestellt. SG-Sporangium, CS-Konidiensporen, EH-Außenhyphen, SP-Sporangiophor, SCW-Sekundärzellwand, C-Konidien.

Die REM-Bilder der analysierten Holzprobe von F. sycomorus, die 5 mm tief war und mit A. flavus infiziert war, sind in Abb. 2a und b dargestellt. Das infizierte Holz wies A. flavus in seiner idealen Dichte auf, was zu einem deutlichen Anstieg der Hyphenentwicklung und der Sporenbildung führte. Nach 36-monatiger Inkubation wurde A. flavus im Holz mittels CT-Scanning nachgewiesen, wie in Abb. 3 dargestellt.

Eine REM-Aufnahme des infizierten F. sycomorus-Holzes (5 mm Tiefe) mit A. flavus zeigt die Spore, die Wachstumsmorphologie der Hyphen innerhalb der Holzfasern und das Eindringen von Hyphen in das Holz und in Zellen aufgrund von A. Flavus-Infektion. (a) zeigt die klebrigen Konidien und (b) zeigt die Verteilung der Konidien und inneren Hyphen. IH-interne Hyphen, CS-Konidiosporen, SPC-Sporangiophoren mit klebrigen Konidien, SCW-sekundäre Zellwand, C-Konidien.

CT-Scan im Querschnitt (a) und in Längsrichtung (b) des mit A. flavus beimpften F. sycomorus-Holzes nach 36 Monaten; große Pfeile beziehen sich auf von Insekten erzeugte Poren; IH interne Hyphen.

Die Produktion von A. flavus-Konidien kann jedoch sogar unter der Oberfläche ansteigen, was zeigt, dass A. flavus F. sycomorus-Holz durch die Gruben und innerhalb der Zellwände verrotten kann. Zusätzlich war zwischen den Holzfasern die Sporen- und Hyphenstruktur sichtbar. In einer früheren Studie wurde festgestellt, dass verschiedene Schimmelpilze, darunter Botryodiplodia theobromae, Trichoderma longibrachiatum, A. candidus, A. ustus und A. terreus, das Holz von F. sycomorus schnell abbauen[39]. Zusätzlich zur großen Porosität des Holzes, die das Durchwachsen dieser aeroben Pilze ermöglichte, könnte der geringe Gehalt an antimikrobiellen Chemikalien in F. sycomorus zur enormen Entwicklung von A. flavus beigetragen haben[39].

Abbildung 4 zeigt die SEM-Morphologie von P. chrysogenum-Kolonien auf Holz nach 36 Monaten bei 27 ± 2 °C. Es war möglich, P. chrysogenum zu sehen, das Peridienhyphen mit dickwandigen dichotom verzweigten Wänden und einem kurzen, gegabelten Fortsatz hatte, der einer Wirbelsäule ähnelte. In der Mitte befindet sich ein Gymnothecium vom Typ eines kugelförmigen offenen Retikulums mit Ascosporenmasse. Ascosporen und sich entwickelnde Asci sind zu sehen. Häufig findet man winzige, radial vorstehende Peridialanhängsel, die an Hirschgeweihe erinnern.

REM-Oberflächenmerkmale von F. sycomorus-Holz, das 36 Monate lang mit P. chrysogenum inokuliert wurde, (a) zeigt die Ansammlung von Konidien, (b) zeigt die äußeren Hyphen mit Konidien, (c) zeigt die degradierte Gefäßzellwand und (d ) zeigt die degradierte Zellwand. Pfeile und Kreise beziehen sich auf das intensive Wachstum von P. chrysogenum (CC-Konidiencluster, durch DCW degradierte Zellwand, EH-Außenhyphen, C-Konidien, CP-Konidienträger, durch DVCW degradierte Gefäßzellwand).

Im Holz von F. sycomorus produzierte P. chrysogenum Haarköder (Abb. 4a). Die Ascomata schienen septierte, verzweigte und dickwandige Peridienhyphen zu haben, es fehlten ihnen jedoch die charakteristischen boothakenförmigen Anhängsel. Es waren kugelige bis subkugelförmige Asci vorhanden. Im REM waren die Sporen unregelmäßig und rau (Abb. 4b bis d).

Zusätzlich zu den stark degradierten und geschwächten Zellwänden zeigten REM-Aufnahmen des Holzabbaus von F. sycomorus nach 36 Monaten auch besiedelte Hyphen in den Zellwänden. Der völlige Zerfall der Zellwand und der Gefäße kann mit dem starken Abbau der Zellwand durch chemische Materialien zusammenhängen[40,41,42,43]. Wie bereits erwähnt, wurden nach dreimonatiger Inkubation mit A. niger im Holz erkennbare Kerben der Zellwanderosion und Hohlräume entdeckt, die durch Pilzhyphen in den Zellwänden entstanden waren, während P. chrysogenum während der Kolonisierung lediglich Erosionsmulden in den Zellwänden bildete F. sycomorus Holz[5].

REM-Bilder eines 5 mm tiefen Einschnitts im infizierten Holz wurden aufgenommen, um das Ausmaß von P. chrysogenum im Holz von F. sycomorus zu zeigen (Abb. 5a bis d). Bilder zeigten, dass P. chrysogenum im Holz enorm gewachsen war. Nach 36-monatiger Inkubation zeigte ein CT-Scan (Abb. 6) des Holzes ein Penetrationswachstum von A. flavus.

REM-Aufnahme von F. sycomorus nach dem Schneiden von 5 mm aus infiziertem Holz. Es zeigt eine Vergrößerung und Verschlechterung der Grübchen und eine Ablösung innerhalb der Zellen aufgrund eines P. chrysogenum-Angriffs und die Sporen- und Hyphenwachstumsmorphologie wird innerhalb der Holzfasern beobachtet: (a) zeigt die Verteilung der Konidien und der degradierten Zellwand, (b) zeigt die Masse der Konidien, (c) zeigt die Verteilung der Konidien und (d) zeigt die inneren Hyphen von P. chrysogenum. MS-Masse von Konidien, DCW-zersetzte Zellwand, äußere EH-Hyphen, innere IH-Hyphen, C-Konidien, CP-Konidienträger.

CT-Scanning von F. sycomorus-Holz, das 36 Monate lang mit P. chrysogenum inokuliert wurde; Pfeile verweisen auf den Verfall des Holzes nach dieser Langzeitinfektion. Die drei Pfeile und der Kreis zeigen die Formen der Längslöcher.

Die REM-Bilder von Holzproben von F. sycomorus zeigten, dass die Zellwände verformt waren, einige Strukturlöcher aufwiesen und ganze Holzzellen fehlten. Dies sind die Ergebnisse der Entwicklung von Pilzhyphen und -sporen[29]. Zellwandschichten haben sich wahrscheinlich aufgrund des Wachstums von Weichfäulepilzen abgelöst und getrennt[20,44]. Trotz schlechter struktureller Erhaltung wurde im archäologischen F. sycomorus-Holz ein mikrobieller Pilzabbau entdeckt[2]. Nach 4-monatiger Inkubation mit Penicillium chrysogenum waren die sekundären Wandschichten des Holzes von F. sycomorus infolge eines schweren Zellwandabbaus zerstört[5].

In allen Teakholzproben war das Wachstum von A. flavus minimiert (Abb. 7a und b). Der Sporenverlust ist in den REM-Bildern sichtbar. Die Verzweigung und der Zerfall sind die beiden Hauptmodifikationen der Hyphenmorphologie. Gemäß Abb. 7c und d verhindern phenolische und andere aromatische antimikrobielle Chemikalien das Wachstum von A. flavus auf Teakholz. Selbst nach 36-monatiger Inkubation bestätigte die CT-Untersuchung (Abb. 8) die Resistenzmuster von Teakholz gegenüber der Ausbreitung von A. flavus.

REM-Bilder von Teakholz, das 36 Monate lang A. flavus an der Oberfläche ausgesetzt war (a,b) und nach dem Schneiden von 5 mm infiziertem Holz (c,d). IH interne Hyphen, SP-Sporangiophor, C-Konidium: FCW-Faserzellwand, VCW-Gefäßzellwand, BP-umrandete Tüpfel.

CT-Bildgebung von Teakholz, das nach 36-monatiger Inkubation A. flavus ausgesetzt war; LW Spätholz, EW Frühholz.

Nach 36 Monaten Inkubation zeigte Teakholz, das mit Penicillium chrysogenum infiziert war, ein verringertes Myzelwachstum (Abb. 9a bis d). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Konidienproduktion von P. chrysogenum in Teakholz möglicherweise nicht wächst, da phenolische und andere aromatische antimikrobielle Verbindungen wie Anthrachinine und Tectochinone vorhanden sind[45,46,47,48,49,50]. Die chemischen Verbindungen im Holz veränderten die Morphologie von P. chrysogenum, die Koloniemorphologie und mehrzellige Klumpen, die die Sporen verloren.

REM-Aufnahme von Teakholz, das 36 Monate lang P. chrysogenum auf der Oberfläche (a,b) und in 0,5 mm Holztiefe (c,d) ausgesetzt war. IH interne Hyphen, C-Konidium, VCW-Gefäßzellwand, BP-umrandete Grube.

Es wurde festgestellt, dass die Größe der Myzelpellets deutlich abgenommen hatte, die Zellwand absorbiert hatte und sich die Form der Myzelpellets verändert hatte. Während der CT-Untersuchung waren auf der Oberfläche und im Kern des Holzes nahezu keine Wachstumsindikatoren von P. chrysogenum sichtbar (Abb. 10).

CT-Scan von mit P. chrysogenum infiziertem Teakholz nach 36 Monaten künstlicher Impfung. LW Spätholz, EW Frühholz.

Abb. 11 zeigt, dass 36 Monate lang mit A. flavus und P. chrysogenum inkubiertes F. sycomorus-Holz eine andere Elementzusammensetzung als nicht beimpftes Holz aufweist. Im nicht beimpften Holz (Abb. 11a und Tabelle 1) betrugen die Atomprozentsätze von C und O im nicht beimpften Holz 61,69 % bzw. 37,81 %, während sie sich für C auf 59,33 % und für 39,59 % änderten O in den mit A. flavus beimpften Holzproben (Abb. 11b und Tabelle 2). Die C- und O-Atomprozentsätze in Holzproben, die 36 Monate lang mit P. chrysogenum beimpft wurden, sanken auf 58,43 % bzw. 26,34 % (Abb. 11c und Tabelle 3).

EDX-Spektralanalyse der Elementzusammensetzung von nicht beimpftem F. sycomorus-Holz (a) und beimpftem Holz mit A. flavus (b) und P. chrysogenum (c).

Das nicht beimpfte Holz enthielt 0,10 % Atomprozent K. Im infizierten Holz mit A. flavus und P. chrysogenum stieg dieser Wert auf 0,34 % bzw. 2,09 %. Darüber hinaus stieg der Ca-Gehalt von 0,18 % in der Kontrollholzprobe auf 0,35 % bei der mit A. flavus infizierten Holzprobe und auf 1,81 % in der mit P. chrysogenum beimpften Holzprobe.

Im Vergleich zur nicht beimpften Probe zeigt Abb. 12 die Veränderungen in der Elementzusammensetzung von Teakholz, das 36 Monate lang mit A. flavus und P. chrysogenum inkubiert wurde. In der nicht beimpften Holzprobe sind C und O die beiden am häufigsten vorkommenden Elemente mit Atomprozentsätzen von 70,85 % bzw. 28,78 % (Abb. 12a und Tabelle 4). Als Teakholz 36 Monate lang mit A. flavus (Abb. 12b und Tabelle 5) und P. chrysogenum (Abb. 12c und Tabelle 6) beimpft wurde, sank der Atomanteil des C-Elements auf 54,16 % bzw. 40,89 %. während der O-Atomanteil auf 45,19 % bzw. 52,43 % stieg.

Die Elementzusammensetzung von ungeimpftem Teakholz wurde mittels EDX-Spektroskopie analysiert. (a), geimpft mit A. flavus (b) und geimpft mit P. chrysogenum (c).

Die Autoren stellten anhand der Analyseergebnisse der Elementzusammensetzungen des mit den beiden untersuchten Schimmelpilzen beimpften Holzes fest, dass es sowohl zu Rückgängen als auch zu Anstiegen der Konzentration verschiedener Schlüsselkomponenten kam. Schimmelpilze werden typischerweise entdeckt und wachsen in feuchtigkeitsgeschädigtem Holz[51], erzeugen farbige Sporen und große Mengen an Pigmenten auf der Holzoberfläche, die die Qualität des Holzes mindern[52,53], aber keinen Einfluss auf die Festigkeit des Holzes haben Holz[54].

Es wird berichtet, dass die kohlenstoffreichen Bestandteile von Holz durch Schimmelpilze und Pilze verstoffwechselt werden, die das Holz zersetzen. Dadurch entstehen massive Fruchtstrukturen von Pilzen, die eine große Menge an Sporen in die natürliche Umgebung abgeben[10,55]. Schimmelpilze, die nicht in der Lage sind, die primären chemischen Polymere des Holzes (Zellulose, Lignin und Hemizellulose) zu depolymerisieren, können die Zucker und Stärken verbrauchen, die im Lumen der Holzstrahl- und Axialparenchymzellen vorkommen[56]. Durch Poren und Vertiefungen können die Hyphen des Pilzes durch Löcher und Spalten in die Zellwände eindringen[57].

Die beiden mit Schimmelpilzen inokulierten Hölzer zeigten einen geringeren C-Element-Gehalt als in der Kontrollprobe. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit früheren Arbeiten[10]. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Schimmelpilze die C-Quellen absorbierten[58]. Beim Wachstum auf Fagus sylvatica-Holz verbrauchen Schimmelpilze wie P. selerotigenum und A. niger viel C, aber P. selerotigenum verbraucht beim Wachstum auf Juglans nigra-Holz viel C. Im Gegensatz dazu wurde eine minimale Änderung des C-Gehalts von P. rigida-Holz beobachtet, wenn es mit P. selerotigenum, Paecilomyces variotii und A. niger besiedelt wurde, was dagegen keine Änderung des C-Gehalts von P. rigida-Holz verursachte[7] .

Gemäß den Adhäsionstests in der Studie von Soumya et al.[59] war P. chrysogenum nicht in der Lage, am Zedernholzsubstrat zu haften, obwohl P. granulatum, P. crushosum und P. commune dazu in der Lage waren. im Gegensatz zu dem, was theoretisch erwartet wurde. Die Entwicklung von P. chrysogenum PCL501 auf Holzabfällen führt zur Produktion des Xylanase-Enzyms, das am stärksten durch die Kohlenstoffquelle induziert wird[60]. Bei der Kultivierung auf einem Kleie-Holzmehl-Olivenöl- oder Kleie-Sojabohnen-Medium war das von P. oxalicum und A. flavus erzeugte wasserlösliche Enzym (Lipase) in der Lage, das Olivenöl zu hydrolysieren[61].

Es wurde festgestellt, dass die Ligninstruktur in landwirtschaftlichen Lignozelluloseabfällen durch den Stamm von A. flavus EGYPTA5 abgebaut wird, der Ligninperoxidasen, Nitratreduktase, Laccase, Polyphenoloxidase und Zellulaseenzyme absondert, ohne die Zellulosekonzentration zu verändern[62]. Es wurde festgestellt, dass mehrere A. flavus-Pilzisolate in verschiedenen Bodenumgebungen, darunter Gülle, totes und verrottendes Holz und Bodenproben, cellulasefreie Xylanase produzierten[63]. Einer Studie zufolge produzierte A. flavus das meiste Cellulase-Enzym, wenn es auf Holzsägemehl kultiviert wurde[64]. A. flavus wurde aus seiner natürlichen Umgebung, einschließlich Abwasser, verrottendem Holz, Weizenstroh und Feldbodenproben, isoliert und produzierte Laccase-Enzym[65].

Sowohl REM- als auch CT-Scanuntersuchungen bestätigten das Wachstum von Schimmelpilzen auf der Oberfläche und im Kern der untersuchten Holzproben und zeigten das strukturelle Wachstum von Pilzen.

Die Verteilung der Fruchtstrukturen, Sporen und Hyphen der beiden Schimmelpilze, die nach 36-monatiger Inkubation die beschädigten Holzoberflächen bedeckten, konnte durch die Untersuchungsinstrumente SEM-EDX und CT-Scanning deutlich erkannt werden. Der Studie zufolge werden die kohlenstoffreichen Bestandteile der untersuchten Ficus sycomorus- und Tectona grandis-Hölzer anteilig von Aspergillus flavus und Penicillium chrysogenum verstoffwechselt. Die Ergebnisse stützten die Langzeitbeständigkeit und die Nichtbeständigkeit von Tectona grandis- bzw. Ficus sycomorus-Hölzern. Schließlich zeigten die Oberfläche und der Kern der analysierten Holzproben strukturelles Wachstum von Pilzen, was durch REM- und CT-Scanstudien bestätigt wurde.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

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Martin Böhm

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Korrespondenz mit Maisa MA Mansour oder Mohamed ZM Salem.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Mansour, MMA, Mohamed, WA, El-Settawy, AAA et al. Langzeitpilzimpfung von Ficus sycomorus- und Tectona grandis-Wäldern mit Aspergillus flavus und Penicillium chrysogenum. Sci Rep 13, 10453 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-37479-1

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Eingegangen: 11. März 2023

Angenommen: 22. Juni 2023

Veröffentlicht: 28. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-37479-1

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