HUMBOLDT-UNIVERSITÄT ZU BERLIN. Fritz Lord

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1 HUMBOLDT-UNIVERSITÄT ZU BERLIN 1 Fritz Lord Untersuchungen zum Einfluss spezieller Rhizosphärenbakterien auf Pflanzenwachstum und Fusarium spp. Toleranz bei Spargel (Asparagus officinalis L.) 2003

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3 HUMBOLDT-UNIVERSITÄT ZU BERLIN 2 Untersuchungen zum Einfluss spezieller Rhizosphärenbakterien auf Pflanzenwachstum und Fusarium spp. Toleranz bei Spargel (Asparagus officinalis L.) DISSERTATION zur Erlangung des akademischen Grades Doctor rerum agriculturarum (Dr. rer. agr.) eingereicht an der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät der Humboldt-Universität zu Berlin von Dipl.-Ing.-agr. Fritz Lord geboren am in Lieser Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin: Prof. Dr. Jürgen Mlynek Dekan der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät: Prof. Dr. Uwe Jens Nagel Gutachter: 1. Prof. Dr. Friederike Kaufmann 2. Prof. Dr. Dr. h. c. Helmut Bochow 3. Prof. Dr. Bernd Geyer Tag der Disputation:

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5 Für Jutta, Lulu und Fritzi

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7 Abstract Lord, Fritz: Effects of specific rhizobacteria on plant growth and Fusarium spp. tolerance of asparagus (Asparagus officinalis L.). Dissertation Humboldt University Berlin, Faculty of agricultural and horticultural science; 158 pages, 40 figures, 24 tables. Key words: Bacillus subtilis, Bacillus pumilus, Streptomyces, Fusarium, Asparagus, Plant Growth Promoting Rhizobacteria The effects of the rhizobacteria Bacillus subtilis, Strain FZB 24, FZB 37and FZB 42, Bacillus pumilus RK 13, Streptomyces graminofaciens N6 and the alga Ascophyllum nodosum (Goemar Fruton Spezial ) on plant growth, yield and Fusarium spp. tolerance of Asparagus officinalis (L.) were investigated. The trials were carried out under field conditions over several years by sawing and planting and as pot trials in the greenhouse and climate chamber with soil naturally infested with Fusarium spp. and with steamed substrates inoculated with particularly Fusarium species. Asparagus replant soil was considerable higher infested with Fusarium spp. (56 %) than fresh soil without asparagus history (14 %). F. oxysporum was the most determined Fusarium species followed by F. redolens, F. acuminatum, F. culmorum, F. proliferatum, F. solani a.o.. That indicates the complex character of root and crown rot of asparagus. From asparagus plants cultivated in replant soil a significant higher rate of Fusarium isolations (80 %) could be worked out compared to the fresh soil treatment. The root growth in the contaminated soil was extremely reduced. In these conductive situation bacterial treatments with B. subtilis FZB 42 done as rhizom soaking (10 7 cfu/ml) resulted in significantly increased root growth up to 32, 9 % related to the non treated control. B. subtilis FZB 37 was ineffective. F. oxysporum, F. culmorum and F. proliferatum showed a high pathogenicity to asparagus seedlings, manifested in significantly reduced fresh and dry weights of shoots and roots, while F. acuminatum caused only slight symptoms. None of the tested microorganisms applicated as seed coating (10 8 cfu/ml) and substrate drenching before pathogen inoculation (10 7 cfu/ml) could prevent seedlings from being infected by F. oxysporum f. sp. asparagi. The negative effects of infection are significantly compensated by Bacillus subtilis FZB 42 and FZB 24. The results support the conclusion, that induced tolerance is a potential mechanism of bacterial mode of action. Under field conditions rhizom bacterization of one year old asparagus plants (10 7 cfu/ml) before planting and additional soil drenching (10 8 cfu/ml/1,5l/m) during the following two years reduced shoot length, shoot diameter and yield, especially in combination with Goemar Fruton Spezial. There was no remarkable influence on spear quality. Seed coating with B. subtilis FZB 24 (10 8 cfu/ml) and a soil drenching (10 8 cfu/ml/1l/m) in summer however resulted in higher shoots and significantly increased fresh weight and dry substance of roots. But also the other tested microorganisms showed a plant growth promoting trend. There was a significant positive correlation between root fresh weight and number of buds. By spraying the phylloclads four times during the main vegetation season the alga application only gave a slight improvement of plant growth in the field trials.

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9 Kurzfassung Lord, Fritz: Untersuchungen zum Einfluss spezieller Rhizosphärenbakterien auf Pflanzenwachstum und Fusarium spp.-toleranz bei Spargel (Asparagus officinalis L.). Dissertation Humboldt Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät, 158 Seiten, 40 Abbildungen, 24 Tabellen. Schlagworte: Bacillus subtilis, Bacillus pumilus, Streptomyces, Fusarium, Spargel, Rhizosphärenbakterien Der Einfluss der Rhizosphärenbakterien Bacillus subtilis FZB 24, FZB 37, FZB 42, Bacillus pumilus RK 13 und Streptomyces graminofaciens und des Algenpräparates Goemar Fruton Spezial (Ascophyllum nodosum) auf Wachstum, Ertrag und Toleranz gegenüber Fusarium spp. bei Spargel wurde untersucht. Es wurden mehrjährige Parzellenfeldversuche und Modellversuche unter kontrollierten Bedingungen mit natürlich Fusarium spp. belasteten Böden und mit speziellen Fusarium Erregern inokulierten Substraten durchgeführt. Die Analyse des verwendeten Nachbaubodens ergab eine wesentlich höhere Kontamination mit Fusarium spp. (56 %) in Relation zum Fruchtfolgeboden (14 %). F. oxysporum war die dominante Fusariumart. Desweiteren wurde eine ganze Reihe anderer Arten, wie z.b. F. acuminatum, F. culmorum, F. proliferatum und F. culmorum bestimmt, was die Komplexität der Wurzel- und Stängelfäuleerkrankung belegt. Analog zu diesem Ergebnis konnten im Vergleich zur Fruchtfolgevariante von den in dem Nachbauboden kultivierten Spargelpflanzen signifikant mehr Fusarium spp. (80 %) isoliert werden. Das Wurzelwachstum war hier extrem reduziert. Unter diesen konduktiven Bedingungen gelang es durch Rhizombakterisierung (10 7 cfu/ml) mit B. subtilis FZB 42, eine signifikante Förderung des Wurzelwachstums relativ zur unbehandelten Kontrolle und zur B. subtilis FZB 37 Variante zu erzielen. In Pathogenitätstests konnten F. culmorum, F. oxysporum und F. proliferatum als bedeutende Spargelpathogene mit signifikant reduzierter Trieb- und Wurzelmasse nachgewiesen werden, während F. acuminatum nur geringe Symptome verursachte. Eine bakterielle Saatgutbeizung (10 8 cfu/ml) und zusätzliche präinfektionelle Gießapplikation (10 7 cfu/ml) konnte eine Infektion mit F. oxysporum f.sp. asparagi nicht verhindern. Dennoch waren die negativen Effekte im Vergleich mit der nicht bakterisierten Kontrolle in den B. subtilis Varianten FZB 24 und vor allem bei FZB 42 deutlich kompensiert. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass eine Resistenz- bzw. Toleranzinduktion ein potentieller Wirkmechanismus der Bakterien ist. In den Feldversuchen erbrachte eine Bakterisierung einjähriger Rhizome (10 7 cfu/ml) zur Pflanzung und ergänzende Gießbehandlungen (10 8 cfu/ml/1l/m) in den folgenden 2 Jahren eine tendenzielle Reduzierung der Trieblänge und des Triebdurchmessers, insbesondere in Kombination mit dem Algenpräparat. Einen eindeutigen Einfluss auf das Sortierungsergebnis konnte nicht nachgewiesen werden. Im Gegensatz hierzu resultierte eine Saatgutbakterisierung mit B. subtilis FZB 24 in einem generell geförderten Triebwachstum und einer signifikant gesteigerten Wurzelentwicklung. Auch die anderen Mikroorganismen erbrachten eine tendenzielle Wuchsförderung. Es konnte eine gesicherte Korrelation zwischen Wurzelmasse und Knospenanzahl ermittelt werden. Blattapplikationen mit Goemar Fruton Spezial während der Hauptvegetationsphase hatten keinen Einfluss auf das Pflanzenwachstum.

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11 INHALTSVERZEICHNIS Einleitung Erkenntnisstand Pathogene der Gattung Fusarium - Haupterreger der Wurzel- und Stängelfäule des Spargels Antagonistische Mikroorganismen in der Rhizosphäre Zielsetzung und Aufgabenstellung Material und Methoden Modellversuche Untersuchungen zum Einfluss von Rhizosphärenbakterien auf das Pflanzenwachstum in unterschiedlich pathogenbelasteten Erden Beschreibung der Prüfglieder und Erdherkünfte Pflanzmaterial und Mikroorganismenapplikation Kulturführung 1997 und Untersuchungen zur Pathogenität der verwendeten Fusarium-Isolate Anzucht der Versuchspflanzen Inokulumgewinnung Inokulumapplikation Prüfung präinfektioneller Bakterienbehandlungen auf die Pflanzenentwicklung Einsatz von Bacillus subtilis FZB24 gegen spezielle pathogenrelevante Fusarium spp Anzucht und Bakterisierung der Versuchspflanzen Inokulumapplikation Prüfung potentieller Fusarium-Antagonisten im Pathosystem Asparagus officinalis-fusarium oxysporum f. sp. asparagi Anzucht und Bakterisierung der Versuchspflanzen Inokulumgewinnung und Applikation Parzellenfeldversuche Standortbedingungen Beschreibung der Prüfglieder Jungpflanzenversuch Pflanzmaterial und Mikroorganismenapplikation Kulturführung 1997 bis

12 3.2.4 Aussaatversuche Saatgutbehandlung Kulturführung 1997 und Bonitur und Untersuchungsmethoden Pflanzenentwicklung Erntemenge und Stangenqualität Fusariumnachweis in den Pflanzenorganen und Bodenproben Differenzierung des Erregerspektrums Statistische Auswertung der Untersuchungsergebnisse Ergebnisse Modellversuche Einfluss spezieller Rhizosphärenbakterien auf Pflanzenentwicklung und Fusariuminfektion in konduktiver (Nachbau) und nicht konduktiver Erdsituation (Fruchtfolge) Auswirkung auf das Wurzelwachstum Auswirkung auf das Triebwachstum Fusariuminfektion Beurteilung der Pathogenität der verwendeten Fusariuminokula Einfluss von Bacillus subtilis FZB24 auf das Pflanzenwachstum bei Substratinokulation mit ausgesuchten Fusarium spp Effektivität präinfektioneller Behandlungen mit speziellen Rhizosphärenbakterien im Pathosystem Asparagus officinalis-fusarium oxysporum f. sp. asparagi Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum Einfluss auf das Infektionsverhalten von Fusarium oxysporum f. sp. asparagi Resultate der Parzellenfeldversuche Jungpflanzenversuch Beeinflussung der Pflanzenproduktivität Spargelernte und Qualität Determinierung des Fusariumspektrums Aussaatversuche Einfluss spezieller Rhizosphärenbakterien auf die Pflanzenentwicklung Einfluss auf das Trieblängenwachstum Auswirkung auf das Wurzelwachstum

13 5 Diskussion und Schlussfolgerungen Einfluss spezieller Rhizosphärenbakterien auf die Pflanzenentwicklung unter praxisnahen Feldbedingungen Fusariumspektrum Effektivität einer Fusariumprophylaxe durch Einsatz antagonistischer Rhizosphärenbakterien Zusammenfassung ANHANG LITERATURVERZEICHNIS

14 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS Abb. Abbildung AM Arbusculäre Mykhorrhiza Aqua dest. Aqua destilata cfu colony forming units cm Zentimeter d Tage ELISA Enzyme-Linked-Immuno-Sorbent-Assay f. sp. forma specialis g Gramm h Stunde ha Hektar IAA Indole Acetic Acid (Indolessigsäure) kg Kilogramm klux Kilolux l Liter lfm laufender Meter mg Milligramm min Minute mm Millimeter p Irrtumswahrscheinlichkeit PDA Potatoe Dextrose Agar PGPR Plant Growth Promoting Rhizobacteria ppm parts per million qm Quadratmeter RAPD-PCR Random Amplified Polymorphic DNA-Polymerase Chain Reaction SNA+ Slight Nutrient Agar + Antibiotoka ssp. subspecies Tab. Tabelle u. a. unter anderem v. a. vor allem z. B. zum Beispiel z. T. zum Teil 4

15 Einleitung Spargel (Asparagus officinalis L.) gehört zur Klasse der Monocotyledoneae, Familie der Liliaceae und ist weltweit eine bedeutende gemüsebauliche Dauerkultur mit insgesamt über ha Anbaufläche (FAO 2002). In der letzten Dekade hat sich eine Steigerung der Anbauflächen international um über 50%, in Deutschland sogar um mehr als 100% auf nunmehr fast ha vollzogen. Eine erste detaillierte Kulturanleitung für Spargel findet sich bereits in dem v. Chr. von Cato dem Älteren verfassten Werk 'De Agri Cultura'. Wahrscheinlich handelt es sich hierbei um den im Mittelmeerraum wild vorkommenden Asparagus acutifolius (ENGLERT und WODARTZ 1985). In der 'Naturalis Historia' von Gaius Plinius dem Älteren (23-79 n. Chr.) findet sich eine Beschreibung einer dickstängeligeren Art aus dem damals berühmtesten Spargelanbaugebiet um Ravenna. Vermutlich ist dies die erste Dokumentation des aus Kleinasien oder dem Schwarzmeergebiet eingeführten Asparagus officinalis. Der erste Spargelanbau in Deutschland ist aus dem Jahr 1525 urkundlich überliefert und gewann dann Mitte des 19. Jahrhunderts mit Organisation eines ersten Vertraganbaus in Braunschweig zunehmend an Bedeutung. Heute stellt Spargel in Deutschland die führende gemüsebauliche Kultur dar. Mehr als 80% aller bekannten Pflanzenkrankheiten werden durch pilzliche Pathogene verursacht (HEITEFUß 1975). Obwohl Schäden durch Mykosen schon seit Jahrhunderten bekannt sind, war erst das epidemische Auftreten der Kartoffelfäule (Phytophthora infestans) in Irland Mitte des 19. Jahrhunderts Auslöser für intensive wissenschaftliche Forschungen auf dem Gebiet der Phytopathologie. Auch im Spargelanbau treten eine Reihe von Mykosen auf, die erhebliche wirtschaftliche Schäden verursachen können. Von großer Bedeutung sind die Wurzel- und Stängelfäule (Fußkrankheit), da sie weltweit für z. T. massive Abbauerscheinungen in Spargelkulturen verantwortlich sind. Hauptverursacher sind verschiedene bodenbürtige Erreger der Gattung Fusarium. In geringerem Umfang wird auch von anderen pilzlichen Pathogenen im Zusammenhang mit Wurzelfäulen an Spargel berichtet, wie z. B. Phytophtora megasperma var. sojae (FALLON und FRASER 1991), Phoma asparagi (HSU und SUN 1969), Penicillium verucosum var. corymbiferum (BLOK 1997), Penicillium hirsutum (MONTEALEGRE und PALMA 1994), Rhizoctonia violacea Tul. (STAHL 1970, KLINKOWSKI et al. 1976), Phialophora malorum und Phoma terrestris (BLOK 1997), den in Japan verstärkt auftreten- 5

16 den Schadpilz Phomopsis asparagi (SONODA et al. 1997) und den v. a. als Sekundärparasit genannten Erreger, Zopfia rhizophila Rabenh. (SADOWSKI und KNAFLEWSKI 1990). Viele Fusarium spp. sind in der Lage, unter bestimmten Voraussetzungen Mykotoxine zu bilden. Mykotoxine sind sekundäre Stoffwechselprodukte spezieller Pilze, die bei Mensch und Tier eine Mykotoxitose verursachen können. Im Zusammenhang mit Fusarium spp. spricht man auch von einer Fusariumtoxitose, die durch Verzehr Fusarium befallener Agrarprodukte auftritt und zu ernsthaften Erkrankungen beim Menschen führen kann (JOFFE 1986). Deshalb werden Fusarien neuerdings, neben ihren phytopathogenen Eigenschaften, verstärkt auch als potentielle Toxinkontaminanten von Spargelstangen diskutiert (LOGRIECO et al. 1998, BAAYEN et al. 2000, ELMER 2000). Die Expansion des Spargelanbaus der letzten Jahre hat dazu geführt, dass für diese an den Boden sehr spezifische Ansprüche stellende Kultur (KAUFMANN et al. 1981, HARTMANN 1989) geeignete Standorte knapp geworden sind und ein direkter Nachbau bereits praktiziert und zunehmend unausweichlich sein wird. Hiermit ist aber unter anderem ein verstärkter Infektionsdruck mit Fusarium spp. verbunden, der in der Regel zu einer frühzeitigen Seneszenz und schließlich zur Aufgabe der Anlage führen kann (VAN BAKEL und KERSTENS 1970, BLOK 1997). Eine eradikative chemische Bekämpfung dieser bodenbürtigen Pathogene ist sowohl aus anbau- als auch aus pathogenspezifischen Gründen schwierig und in der Praxis nachhaltig kaum realisierbar. Zum einen handelt es sich bei Spargel um eine sehr tiefwurzelnde, mehrjährige Kultur, was die Applikation von Kontaktfungiziden im wesentlichen auf den Zeitpunkt der Pflanzung bzw. Aussaat beschränkt, zum anderen können Fusarien auch saprophytisch und/oder in Form von Chlamydosporen viele Jahre im Boden persistieren (SCHLÖSSER 1983). Außerdem sind in diesem Kontext die allgemein bekannten möglichen Nachteile von Pflanzenschutzmitteln, wie Resistenzausbildung seitens der Erreger und negative ökologische Auswirkungen zu bedenken. Seit dem dürfen Pflanzenschutzmittel nur angewendet werden, wenn sie für eine bestimmte Indikation ausgewiesen sind. Gegen Fusarium an Spargel ist zur Zeit kein spezielles Pflanzenschutzmittel zugelassen. Es besteht also akuter Handlungsbedarf für die Entwicklung moderner, komplexer Pflanzenschutzstrategien gegen Fusarium spp. im Spargelanbau. Der Verlauf einer Krankheit (Pathogenese) und damit die Wirt-Parasit-Beziehung werden nicht nur einseitig vom angreifenden Erreger, sondern auch entscheidend von der Widerstandskraft und Disposition der Wirtspflan- 6

17 ze beeinflusst (SCHLÖSSER 1983, PRELL 1996). Vor diesem Hintergrund erhält die Förderung des Pflanzenwachstums und damit auch bestimmter Stoffwechselvorgänge zur Minimierung der Prädisposition gegenüber einem Pathogenangriff besondere Bedeutung. Als ein gut geeignetes integratives Element einer Fusariumprophylaxe bei Spargel scheint der Einsatz mikrobieller Rhizosphärenbakterien zu sein, deren suppressive Effekte gegen bodenbürtige Pathogene und damit verbundenen wachstumsfördernde, vitalitätsstimulierende Auswirkungen bei verschiedenen Nutz- und Zierpflanzen bereits in zahlreichen Veröffentlichungen belegt sind, wie z. B. bei BAKER (1968), MEHROTA und SINGH (1980) COOK und BAKER (1983), ELAD et al. (1987), WELLER (1988), FRAVEL (1988), BOCHOW et al. (1995), BOCHOW (1989, 1995, 1998), CHET et al. (1990), KLOEPPER et al. (1991), WEI et al. (1996), (KREBS et al. 1998), KUMAR (1999) und im Wesentlichen auf kompetitive, antibiotische und phytohormonale Aktivitäten der Bakterien zurückzuführen sind. Die positiven Resultate haben dazu geführt, dass heute der Praxis bereits mehrere Pflanzenstärkungsmittel mit unterschiedlichen Indikationen auf der Basis von nützlichen Mikroorganismen zur Verfügung stehen. Bei den zugelassenen Antagonisten handelt es sich insbesondere um Bacillus subtilis (FZB24, Phytovit, Rhizoplant, Kodiak, Quantum), Streptomyces spp. (Mycostop, Rhizovit), Trichoderma spp. (Trichodex, Promot WP, Root Pro) Pseudomonas fluorescens (Poradix, Poradix Plus) und Coniothyrium minitans (Contans WG) (WILSON 1997, ALBERT und SCHNELLER 2001, GROSCH 2001, WILKE 2001). Nach 2 Nr. 10 des Pflanzenschutzgesetzes sind Pflanzenstärkungsmittel definiert als Stoffe, die ausschließlich dazu bestimmt sind, die Widerstandsfähigkeit von Pflanzen gegen Schadorganismen zu erhöhen. Anwendungen dieser Mikroorganismenpräparate vor allem gegen bodenbürtige Pathogene haben jedoch im allgemeinen noch nicht im großen Stil Eingang in die gartenbauliche Praxis gefunden. Über einen Einsatz im Spargelanbau, insbesondere in Konfrontation mit pathogenen Fusarium spp., liegen kaum Veröffentlichungen vor. Durch verschiedene Stressoren geschwächte Spargelpflanzen sind für eine Infektion mit den überwiegend als Wund- und Schwächeparasiten zu bezeichnenden Fusarium-Erreger besonders prädestiniert (ENDO und BURKHOLDER 1971, EVANS und STEPHENS 1989, KNIGHT 1990). Über eine Förderung des Wachstums und der Pflanzenvitalität durch Applikation sogenannter Plant-Growth-Promoting-Rhizobacteria (PGPR) kann somit indirekt ein Pathogenangriff reduziert oder die Pathogenese in ihrem Verlauf gemildert werden (Resistenzbzw. Toleranzinduktion). Eine erfolgreiche Etablierung und aktive Vermehrung nach Einbringung dieser Nutzbakterien in die Rhizosphäre kann über komplexe Wirkungsmechanismen zu günstigen Phytoeffekten führen und damit negative Einflüsse kompensieren. 7

18 Gerade bei Spargel als perennierende Gemüsekultur ist eine maximale, gesunde und spät einziehende Assimilationsfläche zur Einlagerung von Reservestoffen in die Wurzel für den nächstjährigen Austrieb von entscheidender Bedeutung. Nur so können langfristig wüchsige Bestände und ertragreiche Ernten gesichert werden. Untersuchnungen von ELLISON und SCHEER (1959), VAN NERUM et al. (1966), MOON (1976), KAUFMANN (1976, 1982), CHEN (1978), FAVILLE et al. (1999) bestätigen eine positive Korrelation zwischen vegetativem Wachstum und der Ernte in den Folgejahren. In mehrjährigen Untersuchungen mit der Pflanze Miscanthus x giganteus Greef et Deu., die als mehrjährige Kultur mit rhizomalen Knospen und Speicherorganen einen Vergleich mit Spargel zuläßt, konnten durch Bacillus subtilis-behandlungen eine Steigerung des Wurzelwachstums, höhere Austriebsleistung und eine geringere Pathogenbelastung der Wurzeln mit verschiedenen Fusarium spp. festgestellt werden (GOSSMANN 2000b). In diesem facettenreichen Blickfeld fokusieren sich die einzelnen Aspekte auf der Suche nach einer modernen, integrierten Bekämpfungsstrategie gegen die Wurzel- und Stängelfäule des Spargels eng auf die Prüfung von Plant-Growth-Promoting-Rhizobacteria als potentielle Wachstumsstimulatoren und Fusariumprotektoren. Eine wissenschaftliche Kooperation der Fachbereiche Gärtnerischer Pflanzenbau und Phytomedizin scheint dafür erfolgsversprechend. 8

19 1 Erkenntnisstand 1.1 Pathogene der Gattung Fusarium - Haupterreger der Wurzel- und Stängelfäule des Spargels Die heterogene Gattung Fusarium (Link) umfasst zahlreiche Arten imperfekter, meist bodenbürtiger Pilze mit saprophytischer und/oder parasitischer Lebensweise. In der neuen Systematik der Pilze nach HAWKSWORTH et al. (1995) wird die Formenabteilung Deuteromycotina jedoch nicht mehr geführt und die sogenannten Fungi imperfekti nun ohne Organisation in Ordnungen und Familien in die Gruppe der mitosporischen Pilze eingeordnet. Viele Fusariumarten treten kosmopolitisch auf, einige sind auch auf bestimmte Lebensräume beschränkt (WOLLENWEBER und REINKING 1935, GERLACH und NIRENBERG 1982, JOFFE 1986). Zahlreiche Vertreter dieser Gattung zählen zu den bedeutendsten Phytopathogenen und verursachen Fäulen an Wurzeln, Stängelbasis (Fußkrankheit) und Früchten, auch echte Welken (Trachaemykosen) und schließlich Umfallkrankheiten bei Keimlingen. Außerdem bilden einige Arten unter bestimmten Bedingungen für Mensch und Tier gefährliche Mykotoxine. Die Arten werden nach morphologischen und kulturcharakteristischen Kriterien in verschiedene Sektionen eingeteilt. Die erste Fusariummonographie wurde von WOLLENWEBER und REINKING (1935) mit 16 Sektionen, 65 Arten und 53 Varietäten erstellt. Seitdem wurden immer wieder modifizierte, oftmals stark reduzierte Systeme beschrieben (HERING 1997, NIRENBERG 1976), die jedoch diese diffizile Gattung zu vereinfacht darstellen. Mit der Monographie von GERLACH und NIRENBERG (1982) steht ein auf WOLLENWEBER und REINKING (1935) basierendes, jedoch überarbeitetes und differenzierteres System mit 78 Arten und 34 Varietäten zur Verfügung, das insbesondere den Typ der Konidienträger und sporogenen Zellen (Phialide bzw. Polyphialide) und die Gestalt der Mikrokonidien als taxonomische Kriterien in den Vordergrund stellt. Vor allem von Fusarium oxysporum aus der Elegans-Sektion sind zahlreiche formae specialis mit mehr oder weniger ausgeprägter Wirtsspezifität (BOOTH 1971) bekannt. Bei der Wurzel- und Stängelfäule (Fußkrankheit) des Spargels handelt es sich primär um einen Komplex verschiedener Fusarium spp.-erreger, die weltweit Hauptursache für wirtschaftlich bedeutende Abbauerscheinungen in Spargelanlagen sind. Es wird in dem Zusammenhang von Ertragsausfällen von bis zu 50% und mehr berichtet (WOLTERSTORFF 1990). 9

20 Nachweislich treten an Spargel verschiedene Fusariumarten mit z. T. unterschiedlicher Pathogenität bis hin zu apathogenen Spezies auf. Oft ist auch eine Koexistenz verschiedener Arten anzutreffen. Fusarium oxysporum (Schlecht.) emend. Snyder et Hansen f. sp. asparagi wird jedoch als dominanter Erreger der Wurzelfäule an Spargel in vielen Ländern der Erde, wie z. B. Deutschland (STAHL 1970, UNTERECKER 1972,1981, WOLTERSTORFF 1990), Niederlande (VAN BAKEL und KERSTENS 1970, BLOK und BOLLEN 1995), Belgien (BROECK und VAN ASCHE 1966), Polen (SADOWSKI und KNAFLEWSKI 1990), Schweiz (GORDON-LENNOX und GINDRAT 1987), Frankreich (RAMEAU 1990), Spanien (TELLO et al. 1985), Italien (FANTINO und FANTUZ 1990), USA (ELMER und STEPHENS 1989, HARTUNG et al. 1990, ELMER et al. 1996), Kanada (CARON et al. 1985), Südafrika (SCHREUDER und LAMPRECHT 1995), Taiwan (TU et al. 1990) und Neuseeland (FALLOON und TATE 1980) genannt. Zusätzlich werden, in ihrer phytopathologischen Bedeutung jedoch regional unterschiedlich bewertet, auch weitere Fusarium spp. als Verursacher der Wurzel- und Stängelfäule im Spargelanbau aufgeführt. In einigen Anbaugebieten gilt allgemein eher F. moniliforme (Sheld.) emend. Snyder et Hansen bzw. F. proliferatum (Matushima) Nirenberg als verbreiterte und auch wesentlich virulentere Fusariumart (ENDO und BURKHOLDER 1971, JOHNSTON et al. 1979, GILBERTSON und MANNING 1983, DAMICONE und MANINNG 1985, LA MONDIA und ELMER 1989). F. moniliforme wird auch als wichtiges Spargelpathogen in Italien (DI LENNA et al. 1988, FANTINO 1990), Spanien (TELLO et al. 1985) und Kanada (CARON et al. 1985) beschrieben. F. moniliforme (eigentlich nach NIRENBERG (1976) korrigiert und umbenannt in F. verticillioides (Sacc.) Nirenberg), bildet Mikrokonidien in Ketten und sogenannten falschen Köpfchen nur an Monophialiden, während F. proliferatum diese zwar auch kettenförmig, jedoch sowohl an Mono- als auch v. a. an Polyphialiden ausbildet (NIRENBERG 1976, GERLACH und NIRENBERG 1982, NELSON 1983). Das Vorhandensein verzweigter Phialiden mit häufig mehr als zwei sporogenen Öffnungen ist also das entscheidende morphologische Differenzierungsmerkmal dieser beiden Fusariumarten. Unter vegetativer Kompatibilität versteht man nach CORELL et al. (1987) die Fähigkeit, nach der Anastomose stabile Heterokaryonten zu bilden. Isolate, die vegetativ kompatibel sind, werden einer VCG (Vegetative Compatible Group) zugeordnet. Sie ähneln sich genetisch mehr als nicht kompatible Isolate derselben Art. 10

21 KUHLMANN (1982) ordnete anamorphe Formen der Fusarium spp. aus der Gruppe Liseola in vier Paarungsgruppen (A-D) von Gibberella fujikuroi Sawada ein, wobei die Gruppe D (G. fujikuroi var. intermedia Kuhlman) die Mikrokonidien in Ketten und falschen Köpfchen an Polyphialiden bildeten und sexuelle Kompatibilität zu F. proliferatum-isolaten von NIRENBERG (1976) zeigten. Auf dieser Grundlage teilten ELMER und FERRANDINO (1992) alle anamorphen Fusarium spp. innerhalb der Gruppe D der Art F. proliferatum zu. Vertreter dieser Gruppe zeigten sich neben denen aus Gruppe A (anamorph = F. moniliforme) hochvirulent gegenüber Spargel. Spätere Kompatibilitätstests von über 250 Fusarium spp.- Isolaten der Fusariumgruppe Liseola, gewonnen aus verschiedenen Spargelanlagen in den USA, mit Standardstämmen aus unterschiedlichen Paarungsgruppen von G. fujikuroi ergaben, dass 94% der D- Population G. fujikori (anamorphe Form: F. prolifertaum) zugeordnet werden konnten (ELMER 1995). Als Konsequenz auf durch diese spezifischeren taxonomischen Systeme gewonnenen Erkenntnisse revidiert der Autor frühere F. moniliforme-identifikationen entsprechend (LA MONDIA und ELMER 1989) und benennt sie um in Fusarium proliferatum (Matsushima) Nirenberg. Er vermutet weiter, dass in der Vergangenheit häufig im allgemeinen keine Differenzierung erfolgte und aus Mangel an taxonomischer Erfahrung oder auch als Folge einer Orientierung an weniger spezifischen oder reduzierten Bestimmungsschemata, wie z. B. das von SNYDER und TOUSSONN (1965), das nur 9 Fusariumarten unterschied, die eigentliche Art F. proliferatum mit dem Synonym F. moniliforme bestimmt wurde. Auch SCHREUDER und LAMPRECHT (1995) nehmen an, dass es sich bei der in der Literatur als F. moniliforme aufgeführten Fusariumart wohl häufig eher um F. proliferatum handelt. Die Autoren isolierten F. proliferatum, das sich signifikant virulenter erwies als die Arten F. oxysporum und F. solani (Mart.) Appel und Wollenw. emend. Snyder et Hansen aus symptomatischen Spargelpflanzen in Südafrika. ELMER et al. (1999) fanden diesen Erreger in verschiedenen Spargelregionen Australiens, wo er allerdings keine wesentlichen Schäden verursachte, GUERRERO et al. (1999) in Kalifornien und Mexiko, LORI et al. (1998) neben F. verticillioides (Sacc.) in Argentinien und BLOK BOLLEN (1995, 1997) in den Niederlanden und ELENA und KRANIAS (1996) in Griechenland. Ein ebenfalls wichtiger und relativ häufig an Spargel pathogener Fusariumerreger ist F. redolens Wollenw. f. sp. asparagi, der aufgrund großer morphologischer Ähnlichkeiten lange Zeit sogar als F. oxysporum genannt oder auch als eine Varietät (F. oxysporum var. redolens) hiervon differenziert wurde. Aufgrund r-dna-analysen (WAALWIJCK et al. 1996, 11

22 HERING 1997, O`DONNELL et al. 1998) konnte jedoch eine eindeutige Identifikation als eigene Art erfolgen und wird neuerdings nach Baayen F. redolens (Wollenw.) f. sp. asparagi (Baayen) benannt (BAAYEN et al. 2000). Aus Deutschland berichten über diese Fusariumart als Wurzelfäuleerreger STAHL (1970), UNTERECKER (1972, 1981), GOSSMANN et al. (2001), aus der Schweiz GORDON-LENNOX und GINDRAT (1987), aus Polen SADOWSKI et. KNAFLEWSKI (1990), aus Kanada GRAHAM (1955), von Neuseeland FALLOON und TATE (1986) und CHEA (1986) und aus den Niederlanden BAAYEN et al. (2000). Aus verschiedenen Ländern wird, allerdings in geringerem Umfang und in der Regel von untergeordneter phytopatholgogischer Bedeutung, auch von anderen Fusariumarten als Erreger der Wurzelfäule bei Spargel berichtet, wie F. equiseti (Corda) Sacc., F. sambucinum Fuckel, F. tricintum (Corda) Sacc., F. solani (Mart.) Sacc. und F. acuminatum (Ellis und Kellerm.) aus der Schweiz (GINDRAT et al. 1984, CORBAZ 1990), F. sambucinum und F. acuminatum aus Polen (KNAFLEWSKI et al. 1993), F. sambucinum und F. solani aus Italien (FANTINO und FANTUZ 1990), Spanien (TELLO et al. 1985) und Polen (SADOWSKI und KNAFLEWSKI 1990). F. solani tritt zwar generell relativ häufig bei Spargelpflanzen auf, erwies sich in Pathogenitätsversuchen jedoch als nur schwach pathogen (DAMICONE und MANNING 1985, SCHREUDER und LAMPRECHT 1995) oder sogar als apathogen (VAN DEN BROECK und VAN ASSCHE 1966). GORDON-LENNOX und GINDRAT (1987) beschreiben hingegen ein aus einem Spargelnachbauboden im Rhonetal isoliertes F. solani-isolat, das sich in Klimakammerversuchen hoch virulent zeigte, während F. equiseti und F. acuminatum nur leichte Krankheitsindices (Wurzelnekrosen ermittelt als RNI = Root-Necrosis-Index) verursachten. Eine weitere im Spargelanbau phytopathologisch bedeutende Fusariumart ist F. culmorum (W. G. Smith) Sacc. aus der Sektion Discolor, die überwiegend basale Triebteile befällt und somit als Haupterreger der Stängelfäule oder sogenannten 'Fußkrankheit' des Spargels gilt. F. culmorum ist ein ubiqiutäres Pathogen, von dem aus Spargelanbaugebieten in Deutschland (TEMPEL 1929, WEISE 1939, KLINKOWSKI et al. 1976, UNTERECKER 1981), Belgien (VAN DEN BROECK und VAN ASSCHE 1966), den Niederlanden (VAN BAKEL und KROM-KERSTENS 1974), der Schweiz (GORDON-LENNOX und GINDRAT 1987), Spanien (TELLO et al. 1985), Kanada (CARON et al. 1985, KAMULA et al. 1994) und Brasilien (ATHAYDE und PONTE 1985) berichtet wird. 12

23 In der Regel ist eine Infektion nur auf einzelne Triebe beschränkt und führt auch nicht unbedingt zu einem Absterben der gesamten Pflanze (CARON et al. 1985, WOLTERSTORFF 1990). Auch ist eine epidemische Ausbreitung in der Anlage im Allgemeinen nicht zu beobachten. Dennoch berichten VAN BAKEL und KROM-KERSTENS (1974) von regional sehr unterschiedlichen Befallsgraden in der Anlage; von einzelnen symptomatischen Pflanzen bis hin zu 50% Befall des Gesamtbestandes. Die charakteristischen Symptome erscheinen an der Stängelbasis und den unterirdischen Stängelbereichen zunächst als rötliche-braune Flecken unregelmäßiger Form und Größe, die im weiteren Verlauf der Pathogenese zu größeren Läsionen zusammenfließen. Bei feuchter Witterung ist an den Infektionsstellen ein weißes bis blaßrotes Mycel sichtbar (KLINKOWSKI et al. 1976). Die Stängelbasis wird schließlich schwammig und zeigt im Längsschnitt eine rötlich bis violette Färbung des kollabierten Gewebes (WEISE 1939, VAN BAKEL und KERSTENS 1970, VAN BAKEL und KROM-KERSTENS 1974, UNTERECKER 1981). Als Folge der Infektion werden die betroffenen Triebe gelb und sterben ab, was längerfristig zu einer Schwächung der Pflanze durch die reduzierte Assimilationsfläche führt. Diese Symptome erscheinen zwischen Juli und Ende September. Zur gleichen Zeit kann auch eine seltenere Krankheitsform von F. culmorum im oberen Stängelbereich und an den stärkeren Seitentrieben auftreten. Hier zeigen sich dann längliche, rötlich-braun gefärbte Bänder mit deutlichem Rand und heller Mittelzone mit z. T. schleimigen Sporenlagern (VAN BAKEL und KROM KERSTENS 1974, HARTMANN 1989). Diese Läsionen sind nach UNTERECKER (1981) jedoch auf die Epidermis beschränkt und das darunter liegende Gewebe bleibt intakt. Ein Befall der Krone und der Wurzeln konnte im Freiland in der Regel nicht beobachtet werden (VAN BAKEL und KROM KERSTENS 1974, UNTERECKER 1981, GORDON- LENNOX und GINDRAT 1987). KAMULA et al. (1994) inokulierten in vivo Wurzeln von Spargelsämlingen mit einer Sporensuspension von F. culmorum und führten nach unterschiedlichen Inkubationszeiten mikroskopische Untersuchungen der Wurzeln durch. Sie stellten hingegen fest, dass bereits innerhalb der ersten 3 Tage die meisten Makrokonidien gekeimt waren und nach 7 Tagen die Hyphen begannen, die Wurzeln zu penetrieren. Junge Spargelwurzeln besitzen eine dimorphe Exodermis mit länglichen und kurzen Zellen. Bei den länglichen Zellen entwickeln sich Casparysche Streifen und suberinhaltige Lamellen, während bei den meisten kurzen Zellen nur die Casparyschen Streifen zu finden sind (HUSSEY 1982, KAMULA 1991). Eine Infektion der Hauptwurzel blieb bei KAMULA et al. (1994) auf diese 13

24 suberinfreien Zellen der Exodermis im proximalen Bereich der Wurzel beschränkt. Allerdings erfolgte auch eine Besiedlung über die ungeschützten Spitzen der jungen Seitenwurzeln. Eine Stängelinfektion erfolgt meistens über Wunden an dessen Basis in der Nähe der Bodenoberfläche. VAN BAKEL und KROM KERSTENS (1974) stellten fest, dass die ersten Symptome 5 bis 10 cm unter der Bodenoberfläche auftreten und F. culmorum sich dann v. a. akropetal bis in eine Höhe von ca. 20 cm über dem Boden ausbreitet. Eine basipetale Expansion des Erregers wurde selten und nur bis maximal in den Kronenbereich registriert. Des weiteren ermittelten die Autoren eine positive Korrelation zwischen Bodentemperatur, Niederschlag und Infektionsausmaß. Mit zunehmend steigenden Temperaturen (> 17 C) in 10 cm Bodentiefe erfolgte eine vermehrte Infektion der Triebe unterhalb der Bodenoberfläche. Hoher Niederschlag und Wind verursachte einen Anstieg oberirdisch infizierter Triebe, was auf eine positive Beeinflussung der Ausbreitung des Inokulums zurückgeführt wird. Leichte und sandige Böden förderten den Befall zusätzlich. Als Resultat der Literaturrecherche können die beiden Fusariumerreger aus der Sektion Elegans (WOLLENWEBER und REINKING 1935), F. oxysporum Schlecht. Snyder et Hansen f. sp. asparagi Cohen et Heald, F. redolens (Wollenw.) f. sp. asparagi und F. proliferatum (Matsushima) Nirenberg, und z. T. wohl auch F. moniliforme Sheldon (bzw. nach NIRENBERG (1976) F. verticillioides) aus der Sektion Liseola, als die wichtigsten Erreger der Wurzelfäuleerkrankung des Spargels angesehen werden. In einigen der folgenden Quellenangaben kann allerdings nicht ausgeschlossen werden, dass es sich aus den bereits beschriebenen Umständen bei F. moniliforme auch um F. proliferatum handeln kann. Diese oben genannten Pathogene befallen überwiegend den unterirdischen Stängelgrund, die Wurzelkrone, Speicher- und Nebenwurzeln, jedoch mit unterschiedlichen Präferenzen. So konnte F. oxysporum wesentlich seltener aus basalen Stängelbereichen und der Krone isoliert werden als F. moniliforme bzw. F. proliferatum (GILBERTSON und MANNING 1980, DAMICONE und MANNING 1985, LA MONDIA und ELMER 1988, FANTINO 1990, SCHREUDER und LAMPRECHT 1995). JOHNSTON et al. (1979) tendieren aufgrund dieser Eigenschaft sogar dazu, F. moniliforme eher in die Kategorie der Fuß- und Stängelfäulen zu integrieren. Der typischen Symptomatik gehen in der Regel mehr oder weniger starke Wachstumsdepressionen voraus (ENDO und BURKHOLDER 1971, WOLTERSTORFF 1990). Oft sind dann vor allem bei F. moniliforme bereits am Stängelgrund rötlichbraune oder braune Läsionen zu sehen (ENDO und BURKHOLDER 1971, VAN BAKEL und KERSTENS 1970, TELLO 1985); dieser kann bei F. oxysporum und F. redolens aber auch durchaus symptomfrei 14

25 und grün bleiben (STAHL 1970, CRÜGER 1991). An den Wurzeln entstehen die für F. o- xysporum typischen rötlichbraunen, langgezogenen, strichförmigen, oft in Längsrichtung aufgerissenen Nekrosen, die sich im weiteren Verlauf dunkel verfärben und gürtelartig die Wurzel umfassen (Abb.1). Auch die feinen Seitenwurzeln und die Wurzelspitzen sind bräunlich verfärbt. Im Endstadium ist das Rindengewebe gänzlich zersetzt und es bleiben nur die verkorkten Außenschichten und Teile des Zentralzylinders übrig, der als weißer Faden in den charakteristischen Wurzelschläuchen deutlich zu erkennen ist (Abb.1). Abb. 1: Charakteristisches Schadsymptom (Wurzelschläuche) von Fusarium oxysporum. F. moniliforme und F. proliferatum provozieren an der Wurzel z. T. ähnliche Symptome wie F. oxysporum und F. redolens, finden sich in der Literatur jedoch weniger umfangreich und detailliert beschrieben. GILBERTSON und MANNING (1983) bemerkten bei F. moniliforme rötlichbraune Nekrosen an Speicher- und Feinwurzeln bis hin zu einer partiellen Fäule größerer Wurzelbereiche und eine tiefreichende Verbräunung der Krone. ENDO und BURKHOLDER (1971) berichteten über eine durch F. moniliforme verursachte Trockenfäule der Krone. Meristematische Zonen der Wurzel sind prädestinierte Infektionslokalitäten. GRAHAM (1955) und SHOEMAKER (1965) beobachteten in ihren lichtmikroskopischen Untersuchungen, dass die Wurzelspitzen und die Austrittsstellen der jüngsten Seitenwurzeln bevorzugte Eintrittspforten von F. oxysporum waren. Elektronenmikroskopische Analysen des Infekti- 15

26 onsmodus von SMITH und PETERSON (1983) bestätigen diese Beobachtungen. Sie erkannten, dass die Hyphen von F. oxysporum sich in der Region um die Kalyptra konzentrierten, wo sie einen Thallus bildeten. Die Hyphen wuchsen überwiegend entlang der Hauptachse der Wurzeln und wurden oft in Nischen zwischen benachbarten Zellen entdeckt, von wo aus sie auch weiter direkt ins Gewebe penetrierten. Eine Ausbreitung erfolgte inter- und intrazellulär. Die Wirtszellen reagierten mit strukturellen Abwehrmechanismen, wie vermehrten Zellwandablagerungen, deren Zusammensetzung in späteren Untersuchungen (SMITH und PETERSON 1985) als verschiedene Polysaccharide, Kallose und phenolische Verbindungen identifiziert wurde. Es konnte allerdings auch ein Eindringen der Hyphen in diese Schutzsubstanzen beobachtet werden, so dass ein weiterer Vorstoß ins Cytoplasma generell nicht ausgeschlossen, durch diese Barrieren wohl aber behindert bzw. verzögert werden kann (strukturelle Resistenz). Aufgrund der Tatsache, dass an den Penetrationsstellen keine Zellwandreste zu finden waren, gehen die Autoren von einer primär lytischen Zerstörung der Zellwände aus. Erst dann wird aktiv mit mechanischem Druck der Hyphen das weitere Eindringen fortgesetzt. Nach DIMOND (1970) breiten sich Welkeerrerger wie Fusarium oxysporum nach Wurzelinfektion schnell systemisch mit der Gewebeflüssigkeit in der Pflanze aus, bis sie auf solche vom Wirt gebildeten Barrieren stoßen. Dort keimen sie, formen Penetrationshyphen, mit denen sie diese Hindernisse überwinden, bilden dann neue Propageln und setzen ihre Migra-tion fort. Begleitet wird der Prozess der Wurzelfäule von oberirdischen Aufhellungen der Phyllokladien (Chlorosen), Triebverkrümmungen mit Vergilbungen, Welketrachten bis hin zum Absterben ganzer Triebe unterschiedlicher Entwicklungsstadien (VAN BAKEL und KERSTENS 1970, ENDO und BURKHOLDER 1971, UNTERECKER 1972, WOLTERSTORFF 1990, SCHREUDER und LAMPRECHT 1995). Welkeerscheinungen sind für die gefäßparasitierenden Fusarium spp. (Trachaeomykosen) charakteristisch und auf eine Verstopfung der Leitgefäße sowohl durch das Mycel des Schadpilzes als auch durch Abbauprodukte der Gefäßwände aufgrund biochemischer Attacken des Pathogens zurückzuführen (DIMOND 1970, SCHLÖSSER 1983, MANDEEL et al. 1994). ENDO und BURKHOLDER (1971) stellten aber auch Triebvergilbungen ohne auffallend nekrotisierte Gefäße fest, was auf die Zerstörung der Wurzel und den damit verminderten Wassertransport zurückzuführen ist. Daneben sind auch Welketoxine, wie Fusarinsäure und Dehydrofusarinsäure, für die Welkesymptome verantwortlich (GÄUMANN 1957, DIMOND 1970), die primär an Mitochondrien-, Mikrosomen- oder Chloroplastenmembranen angreifen (PRELL 1996). 16

27 Im Allgemeinen treten die Symptome der Wurzelfäule in Ertragsanlagen verstärkt ab dem 3. Standjahr auf und breiten sich herdartig im Bestand aus (STAHL 1970, UNTERECKER 1972, GINDRAT et al. 1988, WOLTERSTORFF 1990). Aber auch Junganlagen, insbesondere in unmittelbarer Nähe zu befallenen Ertragsanlagen oder auf Nachbauflächen, können bereits Symptome zeigen (SMITH und PETERSON 1983, GILBETRSON und MANNING 1983, DAMICONE und MANNING 1985, FANTINO und FANTUZ 1990). GRAHAM (1955) und SCHREUDER und LAMPRECHT (1995) berichten sogar über einen rapiden Krankheitsverlauf mit massiven Ausfällen bereits nach wenigen Monaten in einer Junganlage ohne vorausgegangenen Spargelanbau. Neben der phytopathologischen Bedeutung der Fusarien muss auch eine mögliche Kontamination der geernteten Spargelstangen mit humanpathogenen Mykotoxinen und damit einer direkten Gefährdung des Verbrauchers als wichtiger Aspekt in die Fusariumproblematik einfließen. Als potentielle Mykotoxinproduzenten konnten bereits die Fusariumerreger F. oxysporum, F. redolens, F. proliferatum, F. verticillioides (Syn. F. moniliforme) (BLOK und BOLLEN 1995, GUERRERO et al. 1999, POLL 1998, ELMER 2000) und F. redolens BAAYEN et al. 2000) von Spargelstangen isoliert werden. Eine Ausbreitung bzw. Verschleppung des Inokulums erfolgt durch kontaminierten Samen (INGLIS 1980, DAMICONE et al. 1981, GIBERTSON und MANNING 1983), befallene Jungpflanzen (GROGAN und KIMBLE 1959, UNTERECKER 1972, BLOK und BOLLEN 1996), Wind (DAMICONE und MANNING 1985, DAMICONE et al. 1988, DUMROESE et al. 1998) und durch eine bereits am Endstandort vorhandene Erregerpopulation, die sich als Konsequenz auf eine ungünstige Fruchtfolge oder einen unmittelbaren Nachbau aufbauen kann (BLOK 1997). Fusarien können als fakultative Parasiten sowohl parasitisch auf der Pflanze als auch saprohytisch an abgestorbenen Pflanzenrückständen im Boden leben. Bei F. oxysporum f. sp. asparagi ist das Wirtsspektrum mit pathogenen Auswirkungen in der Regel auf Spargel beschränkt, jedoch kann diese Art bei Abwesenheit des Wirtes auch auf pflanzlichen Rückständen verschiedener Kulturen, wie v. a. Lupine, Bohne, Erbse (BLOK und BOLLEN 1997), Möhre, Tomate und Weizen (WEBER und KNAFLEWSKI 1993) oder in Form von Chlamydosporen im Boden viele Jahre überdauern (GRAHAM 1955, BURGESS 1981, BLOK und BOLLEN 1996). Zwiebel und Lauch erwiesen sich als unbedenkliche Vorfrüchte, da sie nicht (BLOK und BOLLEN 1997) bzw. nur sehr gering (WEBER und KNAFLEWSKI 1993) von F. oxysporum besiedelt wurden. 17

28 F. moniliforme und F. proliferatum können zwar verdickte, widerstandsfähige Hyphen bilden (NYVALL und KOMMEDAHL 1968), sind aber mangels Chlamydosporenbildung weniger persistent und auf Pflanzenrückstände bzw. einen lebenden Wirt eher angewiesen (HARTUNG et al. 1990, NYVALL und KOMMEDAHL 1970). Dafür ist die Wirtsspezifität mit pathogener Ausprägung hier vielfältiger und bei der Wahl geeigneter Nachbarkulturen (Anemochorie der Mikrosporen) entsprechend zu berücksichtigen. So fanden DAMICONE und MANNING (1980) und DAMICONE et al. (1988), dass sich F. moniliforme sowohl an Mais als auch an Spargel als sehr pathogen erwies (cross-pathogenicity). Bereits NYVALL und KOMMEDAHL (1970) berichteten über eingearbeitete Maisstoppel als wichtige Inokulumquelle für F. moniliforme, was bei der Wahl als Vorfrucht für Spargel entsprechend berücksichtigt werden sollte. Wachstumsdepressionen mit z. T. aggressiv verlaufenden Absterbeerscheinungen konnten insbesondere in Nachbauböden registriert werden (GROGAN und KIMBLE 1959, STAHL 1970, GEHLKER 1974, HUISKAMP und KANTERS 1989, BLOK 1992, BLOK und BOLLEN 1993, MEHWALD 1989, BLOK 1997, POLL 1999). Hierfür wird u. a. eine direkte phytotoxische Wirkung allelopathischer Verbindungen der verbleibenden Spargelwurzeln (Autotoxine) verantwortlich gemacht (PUTNAM et al. 1982, HARTUNG und STEPHENS 1983, YOUNG 1984, 1986, HARTUNG und PUTNAM 1985, YANG 1985, SHAFER und GARRISON 1986, PEIRCE 1989, NIGH 1990), die später als verschiedene Zimtsäuren (Kaffee-, Ferulasäure) näher beschrieben wurden (HARTUNG et al. 1990, MILLER et al. 1991) und nachweislich Wurzelspitzen und Epidermiszellen junger Spargelsämlinge zerstörten (PEIRCE und MILLER 1993). SCHOFIELD et al. (1996) vermuten, dass Autotoxine sogar primär an der Nachbauproblematik im Spargelanbau beteiligt sind, da sie in Gefäßversuchen mit Nachbauerde, trotz chemischer Dämpfung mit Chloropicrin, Wachstumsdepressionen der Spargelpflanzen feststellten. In einem Versuch über die Stabilität der toxischen Stoffe im Boden konnten SCHOFIELD et al. (1999) zeigen, dass die Konzentration zunächst rasch abnahm, aber selbst nach 10 Monaten noch nachweisbar war und wesentlich von Niederschlag und Temperatur beeinflusst wurde. Dennoch wird auch von diesen Autoren in Übereinstimmung mit Untersuchungen von HARTUNG und STEPHENS (1983), HARTUNG und PUTNAM 1985, HARTUNG et al. (1989), PEIRCE und MILLER (1990), KEULDER (1998) eine zum Teil signifikant synergistische Auswirkung der Asparagustoxine auf einen Befall mit F. oxysporum und F. moniliforme bestätigt. Eine mögliche Ursache sehen HARTUNG et al. (1989) in einer signifikanten Reduktion der Peroxidase-Aktivität, was die Prädisposition gegenüber Pathogenen erhöht. Ebenso wurde eine verminderte Respirationsleistung und damit 18

29 eine Einschränkung Energie produzierender Prozesse festgestellt. BLOK (1997) konnte im Gegensatz hierzu keinen förderlichen Einfluss von Spargelwurzelrückständen auf eine Infektion mit F. oxysporum nachweisen. Allerdings ist eine negative Beeinflussung der fragilen Bodenmikroflora durch selektive Inhibition antagonistischer Bodenpilze durch die Asparagustoxine nicht ausgeschlossen. Chemische Bekämpfungsmaßnahmen in Form von Bodendesinfektion und fungizide Saatgutbzw. Rhizombehandlungen mit beispielsweise Benomyl (methyl (1-[(butylamino) carbonyl- 1H-benzimidazol-2-yl]-carbamat) oder Captan (N-[(trichlormethyl)thio]-4-cyclohexene-1,2- dicarboximid) erwiesen sich aufgrund spezifischer Faktoren im Pathosystem Asparagus-Fusarium, wie z. B. ausgeprägte Persistenz- und Widerstandsfähigkeit der Erreger und die Perennität der Spargelkultur mit tiefreichendem Wurzelsystem, als unzureichend effektiv, temporär begrenzt oder aus ökonomischer und ökologischer Sicht unpraktikabel (STAHL 1970, KLINKOWSKI 1976, MANNING und VARDARO 1977, LACY 1979, UNTERECKER 1981, LILL und TATE 1982, GINDRAT et al. 1984, DAMICONE und MANNING 1985, MOLOT et al. 1985, DAMICONE et al. 1988, KNAFLEWSKI und SADOWSKI 1990, KNAFLEWSKI et al. 1993). Dennoch wurden auch z. T. positive Effekte auf die Wüchsigkeit während der Anwachsphase der Spargelpflanzen erzielt und prophylaktische Behandlungen der Rhizome mit Benomyl (MANNING und VARDARO 1977, TILL und TATE 1982, NIGH 1990), Chinoin-Fundazol und Malipur (RAHDEN et al. 1990) oder Tecto 20 S (Thiabendazol) und Ridomil MZ (Metalaxyl) (FALLOON und FRASER-KEVERN 1996) empfohlen. DI LENNA et al. (1988), KNAFLEWSKI (1990) und NIGH (1990) erzielten nach einer Saatgutbeizung mit in Azeton gelöstem Benomyl einen vitaleren Aufwuchs mit geringeren Fusariuminfektionen gegenüber der unbehandelten Kontrolle. Das Azeton fungierte hier als Transportmedium, den fungiziden Wirkstoff optimal in der tief strukturierten Samenhülle zu verteilen (O`NEILL et al. 1979). In Modellversuchen zeigte der Wirkstoff Prochloraz (Sportak) ausgeprägte inhibitorische Wirkungen gegen F. oxysporum und F. redolens (CHEAH 1986, BLOK et al. 1997a). BLOK und BOLLEN (1996) konnten durch eine Substratbehandlung mit Capatafol verminderte Fusarium oxysporum-infektionen nachweisen. Zur Zeit sind in Deutschland im Spargelanbau für die Fusariumbekämpfung generell keine chemischen Pflanzenschutzmittel ausgewiesen. In einigen Bundesländern wird Sportak als einzelbetriebliche 18 b-genehmigung empfohlen (ZIEGLER 2002). DAMICONE et al. (1981) konnten an Spargelsaatgut, das 25 min in 50 C heißes Wasser getaucht war, zwar eine signifikante Reduktion der Fusariumsporen, jedoch 19

30 auch eine starke Keimhemmung durch diese Methode feststellen. KAUFMANN (1992) hingegen beobachtete nach thermischer Behandlung des Saatgutes später eine bessere Etablierung der Pflanzen im Freiland. Spargel ist eine extrem salzverträgliche Pflanze (FRANCOIS 1987). Bereits früh erkannte man wachstumsfördernde Effekte von Steinsalzgaben in Spargelanlagen (RUDOLPH 1921). Seit ca. 10 Jahren werden verstärkt Untersuchungen durchgeführt, die verschiedene Chloridformen (KCl, NaCl) als potentielle Bekämpfungsmaßnahmen gegen Fusarium spp. bei Spargel prüfen. So stellte ELMER (1989) nach Gefäßversuchen im Gewächshaus fest, dass insbesondere NaCl-Applikationen als Granulat und Suspension das Wurzelwachstum steigerten und die Fusariuminfektion reduzierten. Eine Kombination mit Calciumnitrat Ca(NO 3 ) führte zu einem synergistischen Effekt. Zudem war die Hemmwirkung in vitro gegenüber F. oxysporum wesentlich ausgeprägter als gegen F. moniliforme bzw. F. proliferatum. Die positiven Auswirkungen von NaCl wurden in weiteren Gefäß- und auch Freilandversuchen mit Applikationen im April und Juni bestätigt (ELMER 1992, 1995) und Aussagen über mögliche Ursachen dahingehend formuliert, dass wohl eine Beeinflussung des osmotischen Potentials und eine Förderung der Population Mn-reduzierender Rhizosphärenbakterien und damit eine optimierte Mn-Verfügbarkeit der Pflanzen eine entscheidende Rolle spielt. Mittlerweile arbeitet man auch in der niederländischen Spargelforschung mit NaCl-Applikationen und konnte e- benfalls einen reduzierten Fusariumbefall der Wurzeln und weniger berostete Spargelstangen verzeichnen (POLL 1999). In niederschlagsarmen Regionen bzw. bei nicht bewässerungsfähigen Anlagen können sich allerdings sehr hohe NaCl-Gaben auch negativ auf die Spargelpflanzen auswirken (POLL und TITULAER 2000). Von besonderer Bedeutung für eine erfolgreiche Minimierung der Ausfälle durch Fusarium spp. ist die Integration ackerbaulicher und kulturtechnischer Maßnahmen in die Bekämpfungsstrategie. So sind bereits bei der Standortwahl tiefgründige, leichtbindige (SL-SL3D), humose Böden ohne Verdichtungshorizonte zu bevorzugen, da generell in zu Staunässe gefährdeten Böden bzw. Lagen ein stärkerer Fusariumbefall beobachtet werden konnte (GEHLKER und SCHOLL 1974, UNTERECKER 1981, WOLTERSTORFF 1990, SADOWSKI 1990). Massive Ausfälle durch Fusarium spp. konnten GEHLKER und SCHOLL (1974) auf Flächen mit relativ hohen Kies- und Grobsandanteilen bei gleichzeitig geringen Tongehalten (< 10%) feststellen. Eine geringere Befallsintensität wurde dort gefunden, wo sich Lehmbänder durch Lessivierungsprozesse im Unterboden gebildet hatten. Die 20