Schwarzbeinigkeit und Nassfäule: Kommt der Test?

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1 Ackerbau Erste Symptome der bakteriellen Welke sind einzelne welke Blätter. Foto: Moritz Schwarzbeinigkeit und Nassfäule: Kommt der Test? Die wichtigste Infektionsquelle ist das Pflanzgut. Kann eine Pflanzgutanalyse helfen? Neue Versuchsergebnisse zum Test und zur Verbreitung stellen Dr. Andreas Keiser und Dr. Patrice de Werra, Hochschule für Agrarwissenschaften in Zollikofen/Schweiz, vor. Die Schwarzbeinigkeit gehört in der Pflanzgutproduktion zu den wirtschaftlich bedeutendsten Krankheiten. Allein die Niederlande beziffern ihren jährlichen Verlust durch die Schwarzbeinigkeit in der Pflanzguterzeugung auf ca. 30 Mio.. In der Schweiz war sie in den letzten fünf Jahren der häufigste Grund, Pflanzgutpartien nicht anzuerkennen. Die von den gleichen Bakterien verursachte Nassfäule führt bei ungünstigen Bedingungen auch zu großen Verlusten bei Speisekartoffeln, vor allem während der Lagerung. Da es keine wirksamen direkten Bekämpfungsmöglichkeiten gibt, sind vorbeugende Maßnahmen während des gesamten Kartoffeljahres von entscheidender Bedeutung. Ähnliche Symptome: Drei verschiedene Bakterienarten (siehe Übersicht 1 auf Seite 90) können die Symptome an Blättern, Stängeln und Knollen verursa 88 top agrar 8/2013

2 chen. Die Symptome (Welke und Fäulnis) ähneln sich sehr. Nur eine Laboranalyse ermöglicht, diese einem der Bakterien sicher zuzuordnen. Die drei Bakterienarten unterscheiden sich wie folgt: Dickeya sp. (D. solani, D. dianthicola): Diese Art stammt aus tropischen Regionen und ist vermutlich über Pflanzgut nach Europa importiert worden. Höhere Temperaturen (25 bis 30 C) fördern diese Art. Neben Kartoffeln zählen unter anderem Tomaten, Endivien und Artischocken zu den Wirtspflanzen. Seit den 70erJahren hat Dickeya in den wärmeren Regionen Europas Pectobacterium atroseptica zunehmend verdrängt. Nach Untersuchungen der schweizerischen Forschungsanstalt Agroscope Changins ist das wärmeliebende DickeyaBakterium heute der wichtigste Erreger der Schwarzbeinigkeit in der Schweiz. Dieses Bakterium zeichnet sich durch eine hohe Pathogenität bei Kartoffeln aus. Ohne Wirtspflanzen überlebt es im Boden nur wenige Monate. Pectobacterium atrosepticum (Pa): Dieses Bakterium bevorzugt kühlere Temperaturen. Deshalb verursacht es häufiger Schwarzbeinigkeit in den nördlichen Ländern Europas. Es befällt ausschließlich Kartoffeln. Ohne Wirtspflanzen überlebt es im Boden nur kurze Zeit. Pectobacterium carotovorum ssp. carotovorum (Pcc): Im Boden, auf Pflanzenresten und auf den Knollen ist das Bakterium weit verbreitet. Es ist relativ schwach und verursacht alleine nur selten Schwarzbeinigkeit. Es wird oft bei Befall mit Stängelfäule isoliert. Dieser tritt meist erst nach Verletzungen oder als Sekundärinfektion auf. Bei ungünstigen Erntebedingungen führt das Bakterium über Verletzungen oft zu Knollennassfäule am Lager. Der Erreger hat ein sehr breites Wirtsspektrum und überdauert relativ gut im Boden. Das Projekt Pflanzgut analyse Das französischschweizerische Forschungsprojekt zur Pflanzgutanalyse hat zum Ziel, Schwarzbeinigkeit auf den verschiedenen Stufen der Produktion integriert zu bekämpfen. Die Projektpartner sind: Hochschule für Agrar, Forst und Lebensmittelwissenschaften Zollikofen CH, (Projektleitung) INRA Rennes, (Projektleitung F) Agroscope ACW, Changins BIOREBA AG, Reinach swisssem, Dachorganisation der Saatgutvermehrer der Schweiz swisspatat, Branchenorganisation der Kartoffelwirtschaft Groupement National Interprofessionnel des Semences et plant Fédération Nationale des Producteurs de Plants de Pomme de Terre Weitere Informationen zum Inhalt und zu den Zielen des Projektes in der Rubrik Heft+ finden Sie unter Krasser Krankheitsverlauf: Die Pflanzknollen können infiziert sein, ohne dass Symptome zu erkennen sind (latente Infektion). Die Bakterien be finden sich zwischen Zellen in den Atmungsöffnungen (Lentizellen), in Wunden unter der Korkschicht oder in den Leitgefäßen befallener Pflanzknollen. Bei hoher Bodenfeuchtigkeit und Sauerstoffmangel köntop agrar 8/

3 Ackerbau Übers. 1: Die Erreger der Schwarzbeinigkeit Neue Bezeichnung Dickeya spp. (D. solani/ D. dianthicola) Pectobacterium atrosepticum (Pa) Pectobacterium carotovorum ssp. carotovorum (Pcc) Alte Bezeichnung Erwinia chrysanthemi (Ech) Erwinia carotovora ssp. atroseptica (Eca) Erwinia carotovora ssp. carotovora (Ecc) Bedeutung nen sich die Bakterien explosionsartig vermehren. Das stört den Wasserfluss in den Stängeln und führt zu Welkesymptomen. Sie produzieren nun genug Enzyme (Pek tinasen), um die Zellwände der Knollen und des Sprosses aufzulösen. Die Folge: Schwarzbeinigkeit, Stängelfäule oder Nassfäule an den Knollen. Die Infektion der Tochterknollen kann über die Leitgefäße der Stolonen oder mit dem Bodenwasser über die Wurzeln oder Lentizellen an den Knollen erfolgen. Im Boden sind die Bakterien umso mobiler, je höher der Wassergehalt ist. Feuchtigkeit und Sauerstoffarmut führen auch dazu, dass die Korkschicht der Lentizellen in den Knollen anschwillt und durchlässig wird. Damit können die Bakterien tiefer in die Schale der Tochterknollen eindringen. Ein hohes Übertragungsrisiko besteht bei ungünstigen Erntebedingungen. Versuche in Holland haben gezeigt, dass nassfaule Knollen gesunde Knollen bei der maschinellen Ernte über eine Strecke von bis zu 30 m infizieren können. Im Lager begünstigen Erdanhang, Kondenswasser, hohe Temperaturen und Knollenverletzungen die Verbreitung und das Eindringen. Unter diesen Bedingungen vermehren sie sich sehr stark. Bakterien, die nur außen an der Schale haften, sterben bei abgetrockneten Bedingungen im Lager wieder ab. Neues Forschungsprojekt: Schwarzbeinigkeit auf den verschiedenen Stufen der Produktion integriert zu bekämpfen, das ist Ziel des Forschungsprojektes unter der Leitung der Hochschule für häufigster Erreger der Schwarzbeinigkeit in der Schweiz (Bedeutung hat zugenommen) bevorzugt wärmere Temperaturen überlebt im Boden ohne Wirtspflanze nur kurze Zeit häufiger Erreger der Schwarzbeinigkeit in nördlichen Ländern Europas bevorzugt kühlere Temperaturen häufig bei Knollennassfäule und Stängelfäule isoliert (z. B. nach Staunässe) führt seltener zu Schwarzbeinigkeit weit verbreitet im Boden und auf Knollen eher ein Schwächeparasit Agrar, Forst und Lebensmittelwissenschaften (HAFL) in Zollikofen. Im Rahmen dieses Projektes soll unter anderem eine Nachweismethode mittels PCR entwickelt und geprüft werden. Sie soll einen routinemäßigen Nachweis der Bakterien Dickeya, Pa und Pcc im Rahmen der Zertifizierung von Pflanzgut ermöglichen. Aus einem möglichst repräsentativen Muster von 300 Knollen Übers. 2: Ergebnis der Pfanzgutanalyse für Dickeya bei 8 Pflanzpartien Schwarzbeinigkeit (Dickeya ssp.) in % Weitere Wirtspflanzen Kartoffel, Tomate, Endivie, Artischocke, Dahlie usw. weitgehend auf Kartoffeln beschränkt sehr breites Wirtsspektrum (Kartoffeln, Gemüse, Sonnenblumen, Tabak usw.) Diese drei Bakterienarten können Symptome an Blättern, Stängeln und Knollen verursachen. Linke Spalte die neue und rechts daneben die alte Bezeichnung. Partien A B C D E F G H PflanzgutTest Dickeya ssp Standort 1 Standort 2 Standort 3 pro Partie wird die DNA (Erbmaterial) der Bakterien in latent infizierten Knollen isoliert und mit spezifischen Primern bestimmt. In der Periode 2010 bis 2013 haben wir an der HAFL mit dieser Methode zahlreiche Pflanzgutproben auf Bakterienbefall untersucht. 400 Knollen dieser Partien haben wir anschließend in randomisierten Feldversuchen an 3 verschiedenen Standorten gepflanzt. Während der Vegetation wurden die Pflanzen regelmäßig auf Befall kontrolliert (Welkesymptome, Schwarzbeinigkeit, Nassfäule). Pflanzen mit Krankheitssymptomen haben wir im Labor untersucht, um die Bakterienart, die den Befall verursacht hat, zu bestimmen. Das Erntegut jedes Standortes wurde als Pflanzgut für das nächste Jahr verwendet. So konnten wir die Krankheitsentwicklung der Pflanzgutpartien abhängig vom Standort über drei Jahre beobachten. Wichtigste Infektionsquelle: Die wichtigste Infektionsquelle für die Schwarzbeinigkeit ist der latente Bakterienbefall des Pflanzgutes. Das haben die Ergebnisse über diese drei Jahre klar gezeigt. Mit den Pflanzgutanalysen ließ sich mit hoher Sicherheit voraussagen, bei welcher Pflanzgutpartie sich im Feld später Symptome von Schwarzbeinigkeit entwickeln werden. Die Zuverlässigkeit des Tests für Dickeya ssp., dem wichtigsten Erreger der Schwarzbeinig Quelle: Dr. Keiser Die unterschiedlichen Boden und Wetterbedingungen führten bei identischem Pflanzgutbefall zu einer sehr unterschiedlichen Krankheitsentwicklung an den 3 Standorten. Bei Partien ohne Pflanzgutbefall (D, F, G, H) trat die Schwarzbeinigkeit im Feld nie auf. 90 top agrar 8/2013

4 Übersicht 3: So breiten sich Welke und Schwarz beinigkeit im Versuch aus* Tag 0 Tag 12 Tag 18 Tag 26 Tag 42 Quelle: Dr. Keiser Grafiken: Driemer = gesund = Welke = Schwarzbeinigkeit * ) Krankheitsentwicklung (Welke und Schwarzbeinigkeit) auf einer Versuchsparzelle mit 100 Pflanzen im Verlauf der Vegetation 2010, latenter Pflanzgutbefall = 7% Bei hoher Bodenfeuchte über längere Zeit erfolgte eine starke Befallsausbreitung durch Übertragung in den Reihen über Bodenwasser. top agrar 8/

5 Ackerbau Drei verschiedene Bakterien ähnliche Symptome Die Symptome können sich je nach Sorte, Witterung und Befallszeitpunkt unterschiedlich ausprägen. Erste Symptome der bakteriellen Welke im Feld sind oft einzelne welke Blätter, die bei hohen Temperaturen rasch auf die ganze Pflanze übergreifen. Ausgelöst wird die Welke durch eine Verstopfung der Gefäßbündel durch die sich rasch vermehrenden Bakterien. Bei kühler, feuchter Witterung können sich die Pflanzen auch erholen. Die Schwarzbeinigkeit kann je nach Witterung an jungen Pflanzen bereits im Mai auftreten, oder erst zu Beginn des Sommers (Juni/Juli). Oft erkranken nur einzelne Triebe. Diese weisen im Erdbereich und bis zu mehreren Zentimetern über dem Boden eine tiefschwarze bis hellbraune, oft schleimige Verfärbung auf. Die Stolonen zeigen die Färbung ebenfalls. Die Triebe knicken häufig um und lassen sich leicht aus dem Boden ziehen, da ihre Wurzeln zerstört sind. Befallene Triebe sterben oft rasch vollständig ab. Die Stängelfäule tritt an oberen Teilen des Sprosses auf ohne die für die Schwarzbeinigkeit typischen Symptome an der Stängelbasis. Es handelt sich um unregelmäßige bräunlichschwarze Flächen. Diese vergrößern sich zu einer weichen breiigen Fäulnis, die ganze Triebe zum Welken und Absterben bringt. Die Stängelfäule kann von Verletzungen (z. B. nach starken Niederschlägen) ausgehen oder durch einen Aufstieg der Erreger im Innern des Stängels verursacht werden. Die Knollennassfäule tritt häufig in Verbindung mit Schwarzbeinigkeit oder Stängelfäule bereits im Feld auf. Früh befallene Knollen können bis zur Ernte restlos zerstört sein. Je nach Infektionsweg beginnt die Fäule am Stolonenende oder bei den Lentizellen. Befallene Stellen zeigen zunächst eine leicht bräunliche Verfärbung. Infizierte Lentizellen weisen einen braunen Hof auf, der sich später häufig eindellt. Typisch für die Krankheit ist die Umformung des Fleisches in eine breiige wässrige Masse. Sie wird zusammengehalten durch die pergamentartige Schale, die schon bei leichtem Druck aufplatzt. Der austretende Faulbrei ist zunächst farblos und verfärbt sich an der Luft sehr bald rötlich bis schwarzbraun. Er verbreitet einen modrig, muffigen Geruch. Das zersetzte Gewebe wird oft zusätzlich von anderen Bakterien und Pilzen besiedelt. Dadurch wird unter an aero ben Bedingungen ein sehr widerlicher Geruch (Buttersäure) erzeugt, und es entsteht ein eitriger Schleim. Schwarzbeinigkeit betrifft meist nur einzelne Triebe. Foto: Dr. Keiser Stängelfäule tritt an oberen Teilen des Sprosses auf. Foto: Dr. Keiser Knollennassfäule: Das Fleisch der Knollen wird zur breiig wässrigen Masse. Foto: Moritz keit in der Schweiz, lag über 3 Jahre bei beinahe 95 % und das bei insgesamt 115 untersuchten Pflanzgutpartien. Untersuchungen in Holland zeigten ähnliche Ergebnisse. Eine Pflanzgutanalyse könnte demnach einen wesentlichen Beitrag zur Bekämpfung der Schwarzbeinigkeit leisten. Sie wäre ein wichtiges Hilfsmittel für die Züchter und Vermehrer bei der Auswahl der Partien zur Weitervermehrung. Die Ergebnisse machen auch deutlich: Die Wahrscheinlichkeit, dass Dickeya ssp. oder Pectobacterium atrosepticum über den Boden oder die Fruchtfolge bei ausreichenden Anbaupausen verbreitet werden, ist sehr gering. Befallsfreies Pflanzgut zu verwenden, ist demnach die wichtigste vorbeugende Maßnahme. Die Feldversuche haben auch kri tische Faktoren für die Krankheitsentwicklung aufgezeigt. Die unterschied lichen Boden und Wetterbedingungen führten bei identischem Pflanzgutbefall zu einer sehr unterschiedlichen Krankheitsentwicklung an den verschiedenen Standorten (Übersicht 2 auf Seite 90). Hohe Bodenfeuchtigkeit in den Wochen nach der Pflanzung begünstigte die Bakterienentwicklung in den befallenen Mutterknollen und führte zu deutlichen Symptomen an den Pflanzen. Bei hoher Bodenfeuchte über längere Phasen konnte zudem eine starke Befallsausbreitung durch Übertragung in den Reihen durch das Bodenwasser be obachtet werden (Übersicht 3). Bei trockenen Bedingungen blieb der Befall hingegen auf die Pflanzen mit latent befallenen Mutterknollen beschränkt. Die Versuche lieferten auch wichtige Erkenntnisse zur Übertragung der Bakterien auf die Tochterknollen. In Feldern mit sehr starkem Befall (über 20 % Pflanzen mit Schwarzbeinigkeit) war teilweise nur ein sehr geringer Anteil der geernteten Tochterknollen befallen. Dies bedeutet: Der Befall einer Pflanze mit Schwarzbeinigkeit führt nicht automatisch zu befallenen Tochterknollen. Die Übertragung der Bakterien durch die Stolonen zu den Tochterknollen geschieht offenbar nicht mit hoher Wahrscheinlichkeit. 92 top agrar 8/2013

6 Die Stängelfäule führt zum Absterben ganzer Triebe. Vielmehr gelangen die Bakterien von befallenen Kartoffelpflanzen auf den Boden. Per Bodenwasser infizieren sie dann die Nachbarpflanzen über die Wurzeln oder die Knollen über die Lentizellen. Dementsprechend konnten wir beobachten, dass die Bodenfeuchtigkeit in den Wochen vor der Ernte für die In Foto: Moritz fektion der Tochterknollen von großer Bedeutung ist. In unseren Versuchen war der latente Befall der geernteten Knollen in zwei von drei Versuchsjahren geringer als der Ausgangsbefall im Pflanzgut und das trotz teilweise starkem Befall mit Schwarzbeinigkeit im Feld. Eine deutliche Zunahme des latenten Befalls beim Erntegut war nur 2012 zu beobachten, als die Bedingungen für die Bakterien sowohl in den Wochen nach der Pflanzung als auch vor der Ernte günstig waren. Diese Ergebnisse machen auch deutlich, dass eine visuelle Kontrolle des Befalls an Pflanzen bei der Pflanzgutproduktion keine sichere Aussage zum Befall der Ernteknollen zulässt. Erster Praxistest in 2013: In der Schweiz erfolgt im Rahmen des Projektes ein erster Praxistest der Pflanzgutanalyse in Zusammenarbeit mit einer Pflanzgutfirma (Swisssem). Knollenmuster (300 Knollen) von 50 Importund Vermehrungspartien wurden nach der oben beschriebenen Methode an der HAFL untersucht. Im Rahmen der offiziellen Zertifizierung wird die Krankheitsentwicklung aller Vermehrungsfelder beobachtet und bei Krankheitsbefall im Labor die Bakterienart bestimmt. Die Ergebnisse werden aufzeigen, ob sich die Pflanzgutanalyse für einen routinemäßigen Einsatz in einem größeren Maßstab im Rahmen der PflanzgutZertifizierung eignet. Schnell gelesen Schwarzbeinigkeit und Nassfäule verursachenr hohe Schäden im Kartoffelbau. Die durch drei Bakterien verursachten Krankheiten lassen sich nicht direkt bekämpfen. Wichtig sind konsequente vorbeugende Maßnahmen. Gesundes, befallsfreies Pflanzgut ist der wichtigste Faktor für die Bekämpfung. Pflanzgutanalysen könnten helfen, latent befallene Partien im Rahmen der Pflanzgut Zertifizierung zu identifizieren. top agrar 8/