Technische Universität München

Wissenschaftszentrum Weihenstephan

für Ernährung, Landnutzung und Umwelt

Freising-Weihenstephan

Studiengang Agrarwissenschaften

Einfluss von Inokolumpotential, Inkubationszeit und

postinfektioneller Zusatzbefeuchtung auf die Schadrelevanz von

Fusarium graminearum

Seminararbeit

am Lehrstuhl für Phytopathologie

von

Sebastian Gresset

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis 2

Tabellenverzeichnis 3

Abbildungsverzeichnis 3

Abkürzungsverzeichnis 4

1 Einleitung 6

2 Literaturübersicht 8

2.1 Systematik und Biologie von

Fusarium graminearum

8

2.2 Biologie von

Giberella zea

und wirtschaftliche Bedeutung 9

2.3 Synopse der bestehenden Fusarium-Befallsprognosemodelle 11

3 Material und Methoden 14

3.1Versuchsfaktoren 14

3.1.1 Beschreibungen der Einflussvariablen 14

3.1.2 Beschreibung und Erfassung der Zielvariablen 15

3.2 Versuchsglieder 17

3.3 Weizenanzucht und Kultivierung 19

3.4 Anzucht des Erregers und Erstellung des Inokulums 21

3.5 Inokulum und Inkubation 22

3.6 Datenauswertung 22

4 Ergebnisse 24

4.1.Einfluss des Inokolumpotentials auf Befall und Ertrag 24

4.2 Einfluss der Inkubationszeit auf Befall und Ertrag 27

4.3 Einfluss der postinfektionellen Zusatzbefeuchtung auf Befall und Ertrag 31

5 Diskussion der Ereignisse 37

6 Zusammenfassung 39

Referenzen 41

Anhang 43

2

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Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Versuchsglieder zur Fragestellung des Einflusses einer postinfektionellen

Zusatzbefeuchtung 18

Tabelle 2 Versuchsglieder zur Fragestellung des Einflusses des Inokulumpotentials 19

Tabelle 3 Versuchsglieder zur Fragestellung des Einflusses der Inkubationszeit 19

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Zentralwerte Deoxynivalenol in Bayern 11

Abbildung 2 Erläuterung zur Berechnung des AUDPC-Wertes; Quelle: Eigene Anfertigung 17

Abbildung 3 Weizenpflanzen des Versuchs in der Vegetationshalle; Quelle: Eigene

Aufnahme 20

Abbildung 4 Fusariummycel auf Hafermehlagar-Medium; Quelle: Eigene Aufnahme 21

Abbildung 5 Konidie von

Fusarium graminearum

; Quelle: Eigene Aufnahme 21

Abbildung 6 FS unter Einfluss eines gestaffelten Inokulumpotentials 24

Abbildung 7 Effekt des var. Inokulumpotentials auf den EÄE 25

Abbildung 8 Befallshäufigkeit auf Grund unt. Inokulumpotentiale 26

Abbildung 9 AÄN nach unt. Inokulumpotentiale 27

Abbildung 10 FS in Folge var. Inkubationszeiten 28

Abbildung 11 EÄE als Resultat var. Inokulumzeiten 29

Abbildung 12 BH nach unt. Inokulumzeiten 30

Abbildung 13 Einfluss gestaffelter Inokulumzeiten auf die AÄN 31

Abbildung 14 FS als Reaktion auf die Zusatzbefeuchtung 32

Abbildung 15 Reaktion des EÄE auf die Zusatzbefeuchtung 33

Abbildung 16 Einfluss der Zusatzbefeuchtung auf die BH 34

Abbildung 17 AÄN nach Behandlung mit einer Zusatzbefeuchtung 35

3

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Abkürzungsverzeichnis

Ä

Ähre

AÄN Anteil

Ährennekrosen

Ächbef Ährchenbefall

AUDPC

Area Disease Progression Curve

BBCH Gemeinschaftsarbeit

von BBA, BSA, IGZ, IVa

BH Befallshäufigkeit

bzw.

beziehungsweise

ca. Zirka

cm Zentimeter

d.h. das

heist

DON Desoxynivalenol

EÄE Einzelährenertrag

EG Europäische

Gemeinschaft

EU Europäische

Union

F-1 Fahnenblatt

minus

eins

FS Frischsubstanz

FM Frischmasse

Fus. gram.

Fusarium graminearum

g Gramm

GHz Gigahertz

G. zeae

Giberella zeae

h Stunden

ha Hektar

H20bidest Bi-Destilliertes

Wasser

H2Odest Destilliertes

Wasser

IARC

International Agency fort he Research on Cancer

kg Kilogramm

4

---

l Liter

MB Megabyte

m Meter

ml Milliliter

mm Millimeter

N Stickstoff

Nek. Nekrose

Nr. Nummer

Pf. Pflanze

RAM

Random Access Memory

rLf Relative

Luftfeuchtigkeit

Std. Stunden

TDI

Tolarable daily intake

TG Trockengewicht

T2-Toxin

Mykotoxin aus der Gruppe der Trichothecen

u. und

u.a. unter

anderen

unt. unterschiedlich

UV

Ultraviolett

var.

variabel

WH

Wiederholung

µg

Mikrogramm

oC

Grad Celsius

%

Prozent

5

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Einleitung

1 Einleitung

Seit den schweren Mutterkornepidemien des Mittelalters und der Identifizierung der

Aflatoxine vor mehr als vierzig Jahren ist die Problematik der Kontamination von Getreide

durch Mykotoxin- bildende Schadpilze bekannt. Im Laufe der letzten Jahre hat sich die

Forschung intensiv mit dieser Thematik befasst und neben den oben erwähnten

Aspergillus

flavus

und

Claviceps purpurea

viele weitere Pilze, u.a. auch einige aus der Gattung

Fusarium

,

als Toxinproduzenten identifiziert.

Unter der sehr großen Vielzahl der Fusarien, derzeit sind 15 Gruppen mit mehr als 140

Vertretern (Summerell u. Leslie, 2001) bekannt, nehmen

Fusarium culmorum

und

Fusarium

graminearum

(anamorph

Giberella zea

) vor allem in Europa in ihrer Erforschung eine

besondere Stellung ein. Hier sind sie die Hauptverursacher von Kontaminationen des

Getreides mit Mykotoxinen, insbesondere mit Trichothecenen, wie Deoxynivalenol (DON)

mit seinen acetylierten Derivaten 3- bzw. 15-Acetyl-DON, Nivalenol (NIV) und dem

Östrogenderivat Zearalenon (ZEA) (Magan 2006; Miedaner u. Schneider, 2001).

Seit dem Jahr 2005 gelten in Europa Grenzwerte von 500-200 µg/kg FM für DON und 50-20

µg/kg FM für ZEA (EG Nr.856/2005), um einer von kontaminiertem Getreide ausgehenden

Gefahr für Mensch und Tier entgegenzuwirken. Dadurch hat sich aber für Landwirte das von

diesen Pilzen ausgehende Risiko erhöht, da ein Befall nicht nur zu einer Minderung des

Ertrages, sondern beim Überschreiten der Grenzwerte zu einem Verlust der Marktfähigkeit

der betreffenden Getreidepartie führen kann. Daher besteht eine große Notwendigkeit, die

Getreidepflanzen vor diesem Pathogen zu schützen, oder bei Befall die Produktion der Toxine

zu reduzieren.

Dennoch kann die Forschung, obwohl die Biologie der Erreger nahezu aufgeklärt ist, den

Landwirten noch keine befriedigende Lösung zur Vermeidung oder Bekämpfung dieser

Pathogene aufzeigen. Noch zu rudimentär ist derzeit das Wissen bezüglich der Infektion, der

Toxinakkumulation und insbesondere der Interaktion von Erreger, Wirtspflanze, Witterung

und der aus dieser Koinzidenz resultierenden Epidemie.

Zwar können geeignete vorbeugende pflanzenbauliche Maßnahmen, wie eine optimierte

Fruchtfolge und eine wendende Bodenbearbeitung vor Getreide, das Risiko einer Belastung

der Getreideernte mit Mykotoxinen reduzieren (LfL Doleschel, 2000), nicht aber

ausschließen. Auch wird eine zukünftige Intensivierung des Maisanbaus wegen der

steigenden Nachfrage der Biogasanlagen die Problematik verstärken.

6

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Einleitung

Neben pflanzenbaulichen Maßnahmen stehen den Getreideproduzenten gegen die Erreger nur

wenige Pflanzenschutzmittel zu Verfügung. Diese Spezialfungizide, wie Metconazol und

Tebuconazol, reduzieren zwar den Ährenbefall bei Weizen zwischen 30% und 90%, haben

jedoch Wirkungslücken bei anderen Weizenpathogenen, wie

Drechslera tritici-repentis

, und

sind am effizientesten bei einer Applikation innerhalb von 24-36 Std. vor bzw. nach der

Inokulation. Eine solche prophylaktische Fungizidanwendung ist im Rahmen einer

nachhaltigen, umweltschonenden Landwirtschaft nur noch in Sonderfällen zu empfehlen

(Miedener u. Schneider, 2001).

Eine besondere Problematik ergibt sich aus der Beobachtung, dass Toxinbelastungen

aufgrund von Infektionen durch

Giberella zea

nicht zwangsweise mit typischen

Befallssymptomen, wie beispielsweise partieller Weißährigkeit und rosa Verfärbungen an den

Körnern, einhergeht. Der Befall kann ebenso latent auftreten (Hooker et.al., 2002), wodurch

sich eine Infektion visuell nicht, oder erst sehr spät identifizieren lässt.

Neben der LFL-Bayern stellt derzeit nur die Ohio-State-University den Getreideproduzenten

ein Fusarium-Befallsprognosemodell zu Verfügung, um die Abschätzung des Befallsrisikos

und die exakte Terminierung der Pflanzenschutzmittel zu erleichtern.

Somit stehen auch künftig Forschung und Wissenschaft vor der Herausforderung, die in

diesem Kontext noch ungeklärten Fragen zu lösen, um verbesserte Optionen in der Prävention

und Bekämpfung der Fusarien zu schaffen.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, Basiswissen zu schaffen und auf detaillierte

Fragestellungen einzugehen, um neue Erkenntnisse vorrangig im Bezug auf den Witterungs-

einfluss bei der Infektion von Weizenpflanzen durch

Fusarium graminearum

zu erlangen und

diese

für den konkreten praktischen Einsatz zu nutzen.

Anhand von künstlich erzeugten Variationen im Erregerdruck und der Simulation von

unterschiedlich langen Feuchtperioden während der Infektion sowie in einem bestimmten

Turnus postinfektionell wiederkehrenden Feuchteereignissen wird unter den kontrollierten

Bedingungen eines Gewächshausversuches der Einfluss des Inokulumpotentials, der

Inkubationszeit und einer Zusatzbefeuchtung auf den Ertrag von Weizenpflanzen analysiert.

Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen einen Teil der Grundlagen für ein zukünftiges computer-

gestütztes Fusarium-Infektionsprognosemodell liefern.

7

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