Kartoffelstolbur: Biologie des Erregers, Krankheitsresistenz der Sorten und Auswirkungen auf die Qualität

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1 Kartoffelstolbur: Biologie des Erregers, Krankheitsresistenz der Sorten und Auswirkungen auf die Qualität Teil I Biologie des Erregers und Widerstandsfähigkeit der Kartoffelsorten gegenüber dem Stolburphytoplasma K. Lindner (JKI), L. Weber und N.U. Haase (MRI) Institut für Pflanzenschutz in Ackerbau und Grünland, Braunschweig Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide, Detmold 31. Kartoffel Tagung, Detmold 13./

2 Roßbach-Rotheim Kartoffelstolbur 2006 Bad Kreuznach Stolbur 2008 Zotzenheim Stolbur Schwarzholz der Rebe Kartoffelstolbur-Phytoplasma Quarantäneschadorganismus: Richtlinie 2000/29/EG Annex II/AII d8 EPPO Status: A2 Vorkommen in Deutschland: vorhanden (EPPO-Statistik) (vor 2006 sehr begrenzt) seit 2006 jährlicher Nachweis Gefährdet Stolbur die Kartoffelproduktion in Deutschland?

3 Kartoffelstolbur - Projekt Friedrich Fangmeier GmbH Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel Kooperation mit Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum, Rheinhessen; RLP Schwerpunkte: Biologie des Erregers Symptome der Krankheit (Knolleninhaltsstoffe) Resistenz der Kartoffelsorten gegenüber Stolbur

4 Kartoffelstolbur -Taxonomie Erreger - Kartoffelstolburphytoplasma Gruppe: Mollicutes (- bakterienähnliche Organismen, die keine Zellwand besitzen und nur von einer dreischichtigen Plasmamembran umgeben sind - führen eigenen, stark reduzierten Stoffwechsel durch notwendige Moleküle werden der Wirtspflanze entnommen Lebensweise = obligat biotroph) Gruppe: 16SrXII Stolbur Gruppe (Klassifizierung auf 16S rrna-niveau)

5 Kartoffelstolbur - Infektionszyklus keine mechan. Übertragung, Samenübertragung, Übertragung durch Tochterknollen 1. Eiablage im Juli in der Nähe des Winterwirts 2. Wandern der Nymphen durch Bodenrisse an Rhizome der Winterwirte 3. Überwintern der Larven im L IV-Stadium am Wurzelstock Häutungen nach Einsatz des Frühjahres 5. Kriechen der Imagines zum Sommeranfang an die Bodenoberfläche 6. Aufsuchen von fakultativen Wirten Verbreiten des Phytoplasmas über begrenzte Entfernung in geringer Höhe 8. Mitte August Absterben der Imagines

6 Fädig dünne Triebe Kartoffelstolbur - Symptome. Chlorotische Färbung der Blattränder und löffelartiges Rollen der Blattspreiten - gelegentlich auch Violettfärbung der Blätter Schwarzfärbung von Stolbur-infizierten Knollen nach dem Backvorgang zur Chipsherstellung Gummiartige Konsistenz der Knollen Luftknollen in Blattachseln schnelle Welke und Vertrocknung (Wurzeltrockenfäule)

7 Versuchsfrage Welche Insekten erweisen sich als Vektoren des Phytoplasmas? Welche Pflanzen sind Wirte? Gibt es Unterschiede in der Widerstandsfähigkeit von Kartoffelsorten gegenüber Kartoffelstolbur? Wie beeinflusst das Phytoplasma die Qualität der Kartoffelknolle? Versuchsstandort Betrieb FHE- Handel-SRL, Sannicolau Mare nahe Timisoara im Banat in Rumänien ausgesprochen hohe Temperaturen - sehr trockener Sommer warmer Sommer - zeitweise starke Niederschläge

8 Versuchsfrage Ist das Stolburphytoplasma, das an Rebe die Schwarzholzkrankheit verursacht, in der Lage, Kartoffeln zu infizieren? Versuchsort Weiler bei Morzingen im Landkreis Bad Kreuznach Rebfläche mit seit ca Jahren Schwarzholzkrankheit im Bestand Versuchsstandort

9 Kartoffelstolburphytoplasma - Biologie Vektor: Hyalesthes obsoletus (Windenglasflügelzikade) Vorkommen insbesondere im südlichen Mitteleuropa, im Mittelmeergebiet, Süd-Russland, Kasachstan und Kleinasien an trockene und warme Sommer angepasst. weitere in der Literatur angeführte Vektoren: Macrosteles spp., Euscelis plebejus und Aphrodes bicinctus Wirt: Convolvolus arvensis (Ackerwinde) gelegentlich Nachweis des Phytoplasmas an krautigen Pflanzen wie Hahnenfußgewächsen (Ranunculus ssp.), Brennnesseln (Urtica dioica), Beifuss (Artemisia vulgaris) selten auch an Gehölzen

10 Kartoffelstolbur- Material/Methoden Pathogen Vektoren Wirte 1. Pflanzen von Kartoffeln in Schwarzholzkranke Rebbestände 2. Durchführung von Krankheitsbonituren 3. Nachweis des Erregers mittels PCR in Rebe und Kartoffel 1. Gelbtafeln im Parzellenversuch 2. Fangen lebender Zikaden mittels Käscher 3. Bestimmen von Zikaden, die in größerem Umfang auftreten 4. Untersuchung von Zikaden, die in größerem Umfang auftreten auf Phytoplasma-Infektionen mittels PCR 1. Entnahme von Vertretern der Unkrautflora aus dem Kartoffelstolburresistenzversuch und aus angrenzenden Biotopen 2. Nachweis einer Phytoplasmeninfektion in den Pflanzen mittels PCR

11 Material und Methoden Widerstandsfähigkeit von Kartoffelsorten gegenüber Kartoffelstolbur Anzahl Versuche: 2 (einer ; einer ) Kartoffelsorten: Salome, Bintje, Agria, Hansa, Belana, Layla, Lady Claire, Pirol, Saturna und Hermes Atlantic, Courage, Albata, Salome und Lady Claire Versuchsanlage: randomisierte Blockanlage mit 4 Wiederholungen; Parzellengröße: 26 m Pflanzen Praxisschläge (5-10 ha) Auswertung: Krankheitsbonitur im Bestand sowie aller Knollen von 10 Pflanzen/Wiederholung (visuell) Analyse der Knolleninhaltsstoffe Krankheitsbonitur aller Knollen von 4 x 10 Pflanzen des Bestandes (visuell) Analyse der Knolleninhaltsstoffe

12 Kartoffelstolbur - Ergebnisse Übertragungsexperiment optische Befallsfeststellung (Symptome) Nachweis des Stolburphytoplasma in Kartoffel und Rebe (PCR) Stolburphytoplasma von C. arvensis kann sowohl Rebe als auch Kartoffel infizieren

13 Kartoffelstolbur - Ergebnisse Welche Insekten sind Vektoren des Kartoffelstolbur- Phytoplasmas? Reptalus spp. Auswertung der Gelbtafeln Datum Anzahl Tafeln Vertreter der Gattung Reptalus Auswertung der Lebendfänge Anzahl Vertreter Reptalus Anzahl Reptalus infiziert 10 3 Weder im Rahmen der Auswertung der Lebendfänge noch der Gelbtafeln war Hyalesthes obsoletus nachzuweisen. Es deutet darauf hin, dass auch Vertreter der Gattung Reptalus Phytoplasmen übertragen Hyalesthes obsoletus

14 Kartoffelstolbur- Ergebnisse Können neben Convolvolus arvensis weitere Pflanzen Wirte für das Kartoffelstolburphytoplasma sein? C. arvensis wurde als Hautwirt bestätigt (Brennnessel war nicht vorhanden) Nachweis einer Infektion in der Krausen Distel (Carduus crispus Folgende Pflanzen erwiesen sich als fakultative Wirte während der Vegetationsperiode: Sonchus arvensis Epilobium Solanum nigrum Datura metel Lathyrus Amarant

15 Kartoffelstolbur Nachweis der Widerstandsfähigkeit von Kartoffelsorten gegenüber Phytoplasmen 100% 80% 60% 40% 20% 0% Resistenzversuch 2007 Krankheitsbonitur im Bestand ( Juli) 1. Termin - Symptome in allen Sorten Einteilung in die Fraktionen: gesund Gummiknollen (leichte Symptome) Gummiknollen (schw ere Symptome) molekulargenetischer Phytoplasmennachweis (PCR) für Salome, Pirol, Bintje 2. Termin - mit Ausnahme von Agria (27 %) und Leyla (67 %) weisen alle Sorten ca. 50 % Befall auf Visuelle Bonitur der Knollen (Fraktionierung) Lady Claire: 2005 Zulassung in den Niederlanden (Meijers) Chipskartoffel für Langzeitlagerung Schwere Symptome: 16 % Gesunde Knollen: 64 % Bintje: Schwere Symptome: 13 % Gesunde Knollen: 71 % widerstandsfähig Salome Hansa Belana Leyla Lady Claire Bintje Agria Piro l Hermes Saturna Speisekartoffeln

16 Kartoffelstolbur Nachweis der Widerstandsfähigkeit von Kartoffelsorten gegenüber Phytoplasmen Neue Sorten in Prüfung: Albata: Courage: Zulassung in den Niederlanden seit einer der Eltern: hoch Stolbur-anfällige Sorte Lady Rosetta 34 % schwere Symptome 38 % gesunde Knollen gesund 100% 80% 60% 40% 20% - derzeit noch im Zulassungsverfahren -hohe Trockenresistenz 8 % schwere Symptome 76 % gesunde Knollen geringe Atlantic: -in den USA zugelassene Chipskartoffel 93 % gesunde Knollen 2 % schwere Symptome 0% Salome Lady Claire Bintje Agria Hansa Belana Leyla Pirol Hermes Saturna Gummiknollen (leichte Symptome) Gummiknollen (schwere Symptome) 100% Widerstandsfähigkeit sehr anfällig widerstandsfähig 80% 60% 40% 20% 0% Resistenzversuch 2008 Salome Lady Claire Atlantic Courage Albata gesunde Gummiknolle (leichte Symptome) Gummiknolle (schw ere Symptome)

17 Kartoffelstolbur-Phytoplasma Zusammenfassung Nachweis, dass ein und das gleiche Stolburphytoplasma sowohl die Schwarzholzkrankheit der Rebe als auch Kartoffelstolbur verursachen kann Bestätigung von Convolvolus arvensis als Hautwirt Nachweis mehrerer krautiger Pflanzen als Nebenwirte Herausarbeiten der Gattung Reptalus als weiterer Phytoplasmenvektor Nachweis unterschiedlich hoher Widerstandsfähigkeit von Kartoffelsorten gegenüber dem Kartoffelstolburphytoplasma Deutliche Qualitätsminderung von Chips- und Pommes frites Kartoffeln durch Stolbur Präferenz für die Sorten Lady Claire und Atlantic

18 Kartoffelstolbur-Phytoplasma Gefährdet Kartoffelstolbur die Kartoffelproduktion in Deutschland? Vektor? - Wirt? - Inokolum? Vektor (Hyalesthes obsoletus) Vorkommen in Deutschland insbesondere im Rhein/Mosel Gebiet Vektor der Schwarzholzkrankheit der Rebe Zunahme der Population und Ausdehnung in nördliche Richtung Ursache: Klimaveränderung Temperaturentwicklung Bernkastel-Kues Zunahme Tagesmitteltemperaturen: + 1,8 C (Mai + 2,4 C; August + 3,1 C) Ausdehnung von H.obsoletus aus Südosten, Phytoplasmeninteraktionen, Interaktionen zwischen Phytoplasma und Wirt Wirt / Inokulum Haupt- und Nebenwirte sowie das Stolburphytoplasma vorhanden Widerspruch: Vektor seit reichlich 20 Jahren vorhanden Nachweis von Kartoffelstolbur 2006/07/08 Erklärungsversuche: - Ausdehnung der Zikaden in benachbarte Frühkartoffelbestände; Inkubationszeit zu kurz für Symptomausprägung - Verwechslung mit Symptomen durch Verticillium, Colletotrichum und Rhizoctonia möglich Kurzzeitig keine nennenswerten Ertragsausfälle zu erwarten Beobachtung und wissenschaftliche Begleitung der Krankheit auf Grund des Quarantänestatus und der Minderung der Knollenqualität

19 Kartoffelstolbur-Phytoplasma Gefährdet Kartoffelstolbur die Kartoffelproduktion in Deutschland? Vektor? - Wirt? - Inokolum? Hyalesthes obsoletus: Vorkommen in Deutschland insbesondere im Rhein/Mosel Gebiet Vektor der Schwarzholzkrankheit der Rebe Zunahme der Population und Ausdehnung in nördliche Richtung Widerspruch: Vektor seit reichlich 20 Jahren vorhanden Nachweis von Kartoffelstolbur 2006/07/08 Roßbach-Rotheim Stolbur 2006 Bad Kreuznach Stolbur 2008 Erklärungsversuche: - Ausdehnung der Zikaden in benachbarte Frühkartoffel- Bestände; Inkubationszeit zu kurz für Symptomausprägung - Verwechslung mit Symptomen durch Verticillium, Colletotrichum und Rhizoctonia möglich - Geringes Unkrautaufkommen Zotzenheim Stolbur Schwarzholz der Rebe Temperarure ( 2m) C Mean daily temperature - Bernkastel Kues Tagesmittetemperaturen (+1,8 C ): Mai: +2,4 C; August +3,1 C April June August year Linear (August) Linear (June) Linear (year) Linear (April)