ARGUS monitoring DAS Pflanzenschutzlabor

Transkript

1 + Dr. Marcel Thieron ARGUS monitoring DAS Pflanzenschutzlabor Neuentwicklung des aqua.protect-verfahrens zur Reduzierung von Kupfer

2 + Verbundpartner apl. Prof. Dr. Ulrich Schaffrath Dr. Rhoda Delventhal Renate Schubert Rhoda Delventhal Innovationstage Dr. Andreas 2016, Kortekamp Bonn Tabitha Kellerer Dr. Marcel Thieron Nicole Spees Kai Winkel Dr. Ulrike Steiner Dr. Annegret Schmitt Dr. Andrea Scherf Florentine Stix Markus Zetzlmann Dr. Ulf Kausch Tatjana Röder 2

3 + Praxispotential im biologischen Kartoffelanbau g Kupfer je ha 300 Maximum Std. d. T. ARGUS + aqua.protect Kupferreduktion im biologischen Kartoffelanbau Bei aktuellem Stand der Technik kann der Kupfereinsatz um 500 g/ha reduziert werden Das Expertensystem von ARGUS monitoring kann den Kupfereinsatz auf 1,3 kg/ha reduzieren die Kombination von aqua.protect mit dem Expertensystem senkte in Vorversuchen den Kupfereinsatz um 90% auf durchschnittlich 300 g/ha

4 aqua.protect ein ECA-Produkt aqua.protect aqua.base Technologie der elektrochemischen Aktivierung (ECA) Modell einer Elektrolyse-Zelle (Quelle: aquagroup AG) ECA-Generator (Quelle: aquagroup AG)

5 + aqua.protect ein ECA-Produkt Übertragung des Prinzips BLE-Verbundprojekt aqua.protect-verfahren Ziel: Reduktion und Ersatz von Pflanzenschutzmitteln konventioneller Landbau ökologischer Landbau Quelle: Uni Bonn Quelle: Uni Bonn Quelle: aquagroup AG, ECA-Produkte in der Lebensmittelhygiene Quelle: DLR Rheinpfalz Wirkspektrum Pflanzenpathogene Wirkmechanismus Labor Wirksamkeit im Praxiseinsatz Freiland

6 + Grundsätzliches Wirkungsspektrum Wirkmechanismus Phytotox

7 Wirkung in vitro Wirkung in vitro + aqua.protect wirkt gegen ein breites Pathogenspektrum Krankheitserreger Wirkung ad planta (Klimakammer/ Gewächshaus) auf Echte Mehltaupilze Blumeria graminis f.sp. tritici / Weizen Blumeria graminis f.sp. hordei Gerste Podosphaera xanthii / Golovinomyces oronthii / Gurke Podosphaera leucotricha / Apfel Oidium lycopersicum / Tomate Rostpilze Puccinia triticina / Weizen Puccinia graminis f.sp. tritici / Weizen Puccinia hordei / Gerste Uromyces betae / Rübe Uromyces appendiculatus / Bohne Blattflecken Venturia inaequalis / Apfel Mycosphaerella graminicola / Weizen - Pyrenophora teres / Gerste - Cercospora beticola / Rübe Diplocarpon rosae / Rose Magnaporthe oryzae Gerste : Wirkung beobachtet - : keine Wirkung beobachtet / : nicht untersucht Krankheitserreger (fortgesetzt) Oomyceten Phytophthora infestans Wirkung ad planta (Klimakammer/ Gewächshaus) auf Kartoffel, Tomate Peronospora sparsa / Rose Pseudoperonospora cubensis / Gurke Peronospora parasitica Radies Albugo candida Radies Pythium ultimum / Samenbürtige Pathogene Tilletia caries / Weinrebenpathogene Botrytis cinerea / Penicillium expansum / Alternaria alternata / Aspergillus niger / Phomopsis viticola / Guignardia bidwellii Weinrebe Phaemoniella chlamydospora / Phaeocremonium aleophilum / Botryosphaeria parva / Plasmopara viticola / Erysiphe necator / Weinrebe

8 + aqua.protect hat eine hemmende Wirkung ad planta... z.b. im Pathosystem Radies / Albugo candida Kontrollapplikation 1h p.i. aqua.protect (50%)-Applikation 1h p.i.

9 Befallsfläche [%] aqua.protect hat eine hemmende Wirkung ad planta z.b. im Pathosystem Radies / Albugo candida n = Blätter Kontrolle aqua.protect (50 %) 8 6 Kontrollapplikation 1h p.i * R * *R R * R * R unbeh. -1h +1h +2h +4h +6h +24h +48h * Auswertung 9 d p.i. aqua.protect (50%)-Applikation 1h p.i. signifikante Unterschiede zwischen aqua.protect und Kontrolle: : nach t-test * : nach Mann-Whitney Rangsummentest * R Experiment wurde zweimal mit ähnlichen Ergebnissen reproduziert

10 + aqua.protect wirkt optimal früh nach Inokulation 10 Tomate/ Phytophthora infestans Radies/Albugo candida Radies/Peronospora parasitica Apfel/ Venturia inaequalis Gerste/M.oryzae Gerste/Braunrost Gerste/Echter Mehltau* Zeitspanne, in der experimentell eine Wirkung von aqua.protect beobachtet wurde * signifikant nur zu einzelnen Zeitpunkten oder bei wiederholter Anwendung Inokulation vor Inokulation nach Inokulation -1 Tag -1h 0h 1h 2h 4h 6h 8h 1 Tag Zeitpunkt der aqua.protect-applikation 2 Tage 3 Tage

11 0% 0,5% 1% 2% 5% 10% Keimrate [%] entleerte Sporangien [%] + aqua.protect hat eine hemmende Wirkung in vitro auf die Keimung von Sporen 0% 50% Magnaporthe oryzae rice blast Konidiospore Keimschlauch h Inkubation 0 0,9 1,8 3, Konz. aqua.protect 10 min. Inkubation, Ausplattieren auf Agar 0% 1% 5% 10% 20% 50% aqua.protect Konzentration und auf das Schlüpfen von Zoosporen Sporangium mit Zoosporen entleertes Sporangium Zoospore Albugo candida - Weißrost h Inkubation 0% 1% 2.5% 5% 7.5% 10% Konzentration aqua.protect 6 d nach Tropfeninokulation auf Radies 0 % 1 % 2,5 % 5 % 7,5 % aqua.protect Konzentration 10 %

12 Befallsfläche [%] + aqua.protect wirkt ad planta konzentrationsabhängig 12 z.b. im Pathosystem Radies / Peronospora parasitica % 0.5% 1% 2% 5% 10% 20% 50% Konzentration aqua.protect Behandlung 1 h p.i. * R * R * R signifikante Unterschiede zwischen aqua.protect und Kontrolle: : nach t-test * : nach Mann-Whitney Rangsummentest * R 0% 2% 5% 10% effektive Mindestkonzentration: 5-50% (9-90 ppm NaOCl) (je nach Pathosystem und Befallsstärke) 20%

13 Entwicklungsstadium [%] + Wirkmechanismen von aqua.protect ad planta M. oryzae auf Gerste Behandlung 4 h p.i., Mikroskopie 48 h p.i. Spore 10 µm ungekeimte Spore Keimschlauch Spore mit Keimschlauch A unbeh. Kontrolle aqua.protect n = 100 n = 100 n = 29,3 A A B a a a a B A AB A a a B unbeh. Kontrolle aqua.protect Spore 10 µm Spore unreifes Appr. Keimschlauch 10 µm Keimschlauch Spore Appressorium 10 µm unreifes Appressorium Appressorium invasive Hyphen invasive Hyphen 10 µm Delventhal et al. (2014), BMC Plant Biology 14: 26

14 Entwicklungsstadium [%] Wirkmechanismen von aqua.protect ad planta + 14 M. oryzae auf Gerste Behandlung 4 h p.i., Mikroskopie 48 h p.i. Spore 10 µm ungekeimte Spore Keimschlauch Spore mit Keimschlauch 100 n = 100 n = 100 n = 29,3 80 A A 60 B 40 a a 20 B a a A AB A A a a B 0 unbeh. Kontrolle aqua.protect Effekte auf Sporen und frühe Infektionsstrukturen: Hemmung der Keimung bzw. des Wachstums Spore Keimschlauch Spore Appressorium Spore 10 µm unreifes Appr. 10 µm Keimschlauch 10 µm invasive Hyphen 10 µm Delventhal et al. (2014), BMC Plant Biology 14: 26 unreifes Appressorium Appressorium invasive Hyphen

15 Entwicklungsstadium [%] Wirkmechanismen von aqua.protect ad planta + 15 M. oryzae auf Gerste Behandlung 4 h p.i., Mikroskopie 48 h p.i. Spore 10 µm ungekeimte Spore Keimschlauch Spore mit Keimschlauch 100 n = 100 n = 100 n = 29,3 80 A A 60 B 40 a a 20 B a a A AB A A a a B 0 unbeh. Kontrolle aqua.protect Effekte auf Sporen und frühe Infektionsstrukturen: Hemmung der Keimung bzw. des Wachstums Verminderung der Adhäsion Spore Keimschlauch Spore Appressorium Spore 10 µm unreifes Appr. 10 µm Keimschlauch 10 µm invasive Hyphen 10 µm Delventhal et al. (2014), BMC Plant Biology 14: 26 unreifes Appressorium Appressorium invasive Hyphen

16 + Wirkmechanismen von aqua.protect ad planta 16 Puccina hordei auf Gerste Rostsporenlager (Uredosori) ca. 1 Woche nach Inokulation vor Behandlung......nach Behandlung mit aqua.protect Effekte auf Sporen und frühe Infektionsstrukturen: Hemmung der Keimung bzw. des Wachstums Verminderung der Adhäsion

17 + Nebenwirkungen von aqua.protect auf die Vitalität der Pflanze: Gurke Chinesische Schlange nach Behandlung mit 50% aqua.protect keine phytotoxischen Effekte (wenige Ausnahmen) Blattscheiben, Sorte Müller-Thurgau, 24 h in aqua.protect Quelle: Florentine Stix, JKI Darmstadt 0 ppm 45 ppm 90 ppm 180 ppm Beeren, Sorte Müller-Thurgau, 24 h in aqua.protect 0 ppm 180 ppm

18 Transkripthäufigkeit relativ zu EF1α + Nebenwirkungen von aqua.protect auf die Vitalität der Pflanze: Gurke Chinesische Schlange nach Behandlung mit 50% aqua.protect keine phytotoxischen Effekte (wenige Ausnahmen) physiologische Effekte: Quelle: Florentine Stix, JKI Darmstadt kein Einfluss auf Wasserstoffperoxid- Anreicherung nach Behandlung (mittels DAB-Färbung) kein reproduzierbarer Einfluss auf Chlorophyllgehalt oder Photosynthese (mittels SPAD- bzw. ImagingPAM-Messung) schwache Induktion der PR1-Gen- Expression in Gerste, Tomate und Kartoffel (mittels real time qpcr) für Tabak und Apfel ebenfalls beschrieben von Zarattini 2015, Ecotoxicology 24: PR1b-Genexpression in Kartoffel x Stunden nach Behandlung mit aqua.protect h unbeh. 0 ppm 90 ppm 250 ppm 500 ppm Konz. aqua.protect

19 + Nebenwirkungen von aqua.protect 19 auf Nützlinge: kein Effekt auf Raubmilben (Typhlodromus pyri) Besprühen mit Wasser (Kontrolle) und 180 ppm aqua.protect tägl. Auswertung nach Mortalität und Fertilität Ulrich Remund, wikipedia.de Plastikwanne mit Wasser Feld mit Raubmilben 4 Wiederh. (je 10 Weibchen und 2 Männchen) Schwamm mit Glasplatte und feuchtem Papiertuch Deckgläser Leimrand Quelle: Tabitha Kellerer, DLR Rheinpfalz

20 Befallsfläche [%] + Nebenwirkungen von aqua.protect Resistenzbildung gegenüber aqua.protect: keine Adaptation durch A. candida auf Radies (in zwei Experimenten) 10x Inokulation von Radies mit A. candida-zoosporen nach 2 h Behandlung mit 5% aqua.protect bzw. Leitungswasser (Kontrolle) nach Tagen Herstellen einer neuen Sporangienlösung von behandelten Blättern mit Weißrost-Symptomen 0% 20% 50% * R * unbeh. 0% 2% 5% 7.5% 10% 20% 50% Konzentration aqua.protect (bezogen auf 180 ppm) Kontroll-Albugo-Linie adaptierte Albugo-Linie Kontroll-Albugo-Linie adaptierte Albugo-Linie

21 + Vom Labor ins Freiland: Praxis-Potential von aqua.protect Standorte der Freilandversuche (konventionell und ökologisch) Uni Bonn Kartoffel Apfel Birne JKI Darmstadt Kartoffel DLR Rheinpfalz Weinrebe Kleinparzellen (ARGUS/aquagroup) Weizen Kartoffel Mapbox, OpenStreetMap-Mitwirkende, ARGUS-Kunden Getreide Gurke Kartoffel Kohl Möhre Zuckerrübe Zwiebel Entwicklung und Optimierung eines aqua.protect-spezifischen Prognosemodells

22 Fahnenblatt befallen [%] Ertrag [dt/ha] + Freilandversuche Weizen Sorte Tobak Winterweizenversuch 2015 Gerdshagen Zwei Sorten im Vergleich Kontrolle aqua.protect Alto & Bravo Sorte Akteur Ertragsunterschiede in den Varianten : keine Krankheitsbefall auf dem Fahnenblatt dargestellt 20 aqua.protect und konventionelle Variante weniger Befall als Kontrolle 15 Braunrost Blütenbehandlung blieb aus 10 5 Septoria Mehltau Krankheitsdruck war gering. Vor dem 3.7. traten keine Symptome auf (Info Hetterich) 0 Kontrolle aqua.protect Alto & Bravo

23 BSB [%] + Feldversuche Zuckerrüben 2009* Parzelle mit geringem Ausgangsbefall an Rost und Blattflecken Keine Vorbehandlung mit Fungiziden 5,8 5,3 4,8 Einmalbehandlung mit 50% aqua.protect zum Infektionstermin Zwischen Behandlung und letzter Auswertung lagen 3 Wochen Die Ausbreitung von Rost und Blattflecken konnte nachhaltig verhindert werden 4,3 3,8 3,3 2,8 2,3 1,8 1,3 0,8 Kontrolle aqua.protect Anfangsbefall Rost Blattflecken * außerhalb des Forschungsprojektes untersucht

24 aqua.protect im Apfelanbau Venturia inaequalis Schorf + Podosphaera leucotricha Echter Mehltau Quelle: Ulrike Steiner, Uni Bonn

25 befallene Triebspitzen / Baum befallene Blätter / Trieb aqua.protect im Apfelanbau (1. Jahr) Venturia inaequalis Schorf + unbehandelt aqua.protect (90 ppm) Fungizid Podosphaera leucotricha Echter Mehltau unbehandelt aqua.protect (90 ppm) Fungizid Ertrag [kg/baum] 8,1 9,5 8,9 Quelle: Ulrike Steiner, Uni Bonn

26 Triebspitzen mit Befall / Baum Blätter mit Symptomen / Trieb + Einfluss von aqua.protect im Apfelanbau (2. Jahr) 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 * 2,00 * Venturia inaequalis Schorf 1,00 0,00 25,00 unbehandelt aqua.protect vor Risiko aqua.protect nach Risiko * Fungizid 20,00 15,00 Podosphaera leucotricha Echter Mehltau 10,00 5,00 0,00 unbehandelt aqua.protect vor Risiko Ertrag [kg/baum] 5,2 5,8 * aqua.protect nach Risiko 6,9 * Fungizid 6,5 Quelle: Ulrike Steiner, Uni Bonn

27 + Einfluss auf Weinrebe Echter Mehltau (Oidium tuckeri) 27 Wirkungsgrad Blätter Wirkungsgrad Trauben Spritzabstand: 7 Tage 1. Jahr (BBCH 75) 2. Jahr (BBCH 81) 1. Jahr (BBCH 75) 2. Jahr (BBCH 81) aqua.protect (180 ppm)/ Netzschwefel Netzschwefel unbehandelte Kontrolle 180ppm/Netzschwefel Netzschwefel Trauben Blätter Quelle: Tabitha Kellerer, DLR Rheinpfalz

28 Einfluss auf Befall und Ertrag im Kartoffelanbau + Versuchsflächen cv. Solist cv. Annalena cv. Granola 28 Quelle: Ulrike Steiner, Uni Bonn

29 befallene Blattfläche (Parzelle) + Einfluss auf Befall und Ertrag im Kartoffelanbau P. infestans-befall Kartoffel Cilena aqua.protect a.p. 20% 36 ppm aqua.protect a.p. 50% 90 ppm Kupfer unbehandelt Kontrolle Sorte Anfälligkeit Erträge t/ha unbehandelt aqua.protect aqua.protect Kupfer 36 ppm (90 ppm) Cilena früh, 5 20,7 26,3 25,1 30,3* Meßdorfer Feld unbehandelt aqua.protect (12x) Kupfer (4x) Solist sehr früh, 5 25,3 25,3 23,5 Annalena mittelfrüh, 6 33,0 33,3 42,5 Granola mittelfrüh, 3 38,6 42,5 46,4 Campus Klein Altendorf Quelle: Ulrike Steiner, Uni Bonn

30 befallene Blattfläche (Parzelle) + Einfluss auf Befall und Ertrag im Kartoffelanbau P. infestans-befall Kartoffel Cilena aqua.protect a.p. 20% 36 ppm aqua.protect a.p. 50% 90 ppm Kupfer unbehandelt Kontrolle Sorte Anfälligkeit Erträge t/ha unbehandelt aqua.protect aqua.protect Kupfer 36 ppm (90 ppm) Cilena früh, 5 20,7 26,3 25,1 30,3* Meßdorfer Feld unbehandelt aqua.protect (12x) Kupfer (4x) Solist sehr früh, 5 25,3 25,3 23,5 Annalena mittelfrüh, 6 33,0 33,3 42,5 Granola mittelfrüh, 3 38,6 42,5 46,4 Campus Klein Altendorf Quelle: Ulrike Steiner, Uni Bonn

31 Befall in % Ertrag [dt/ha] Befall in % Ertrag [dt/ha] + Einfluss auf Befall und Ertrag im Kartoffelanbau 31 Kartoffel Isabelia Kartoffel Princess P. infestans-befall Boniturdatum Boniturdatum 2016 * Vor Versuchsbeginn bereits flächendeckend Krautfäule aus dem Damm heraus in allen Versuchsgliedern Ertrag AB Kontrolle aqua.protect 36 ppm/ Cuprozin aqua.protect 90 ppm/ Cuprozin Cuprozin A A A Kontrolle aqua.protect 36 ppm/ Cuprozin aqua.protect 90 ppm/ Cuprozin Cuprozin B A Quelle: JKI Darmstadt

32 + breites Wirkspektrum Wirksamkeit in der frühen Phase der Infektion geringe Nebenwirkungen Zusammenfassung aqua.protect Potential zur Reduktion von Pflanzenschutzmitteln in der Praxis

33 + Vorstellung aquaagrar GmbH

34 + Ausblick: Verwertung des aqua.protect-verfahrens Phase I Untersuchungen zu Wirksamkeit und Wirkmechanismus Phase II weiterführende Arbeiten zum Wirkmechanismus und Feldversuche Verlängerung Feldversuche Labor- und Gewächshausversuche Laborversuche Feldversuche Feldversuche Feldversuche Zulassung Wirkstoff Pflanzenschutzmittel Feldversuche Laborversuche Feldversuche Vertriebspartner gefunden Demonstrationsfelder Lobby-Arbeit mit Bioverbänden Naturland, Bioland etc.

35 + amagrar Online-Plattform für effizienten P f l a n z e n s c h u t z

36 + Infektionsrisiken und Empfehlungen Tagesgenau die Infektionsgefahren im Blick Den Erfolg der letzten Maßnahme überprüfen Präzise Empfehlungen für Start- und Folgebehandlungen Mittelwahl + Aufwandmenge + Behandlungstermine

37 + Einsatz nach ARGUS-Phytophthoraprognose Empfehlung Situationsbericht 10 Tage Wettervorhersage Positivprognosen Anfälligkeit Monitoring Witterung Sortenanfälligkeit Wachstum Spritzbelag Negativprognose Warnmeldungen Prog. 1 Bestandesdichte Meldungen Prog. 2 Entwicklungsstand Diagnoselabor Spritztermin Spritztermin Spritztermin

38 + Feldversuche konventioneller Kartoffelbau 2010 A Inf.druck/Befall niedrig bis extrem hoch KW Regionen Mai Juni Juli August September Infektionsdruck Rheinland Std. Behandlungen B aqua.protect 50% e Behandlungen nach f Infektionsprognosen von Std. Behandlungen Start- bis aqua.protect 50% a Abschlussbehandlung Std. Behandlungen l aqua.protect 50% l B KW Regionen Mai Juni Juli August September Infektionsdruck Bedburg Std. Behandlungen aqua.protect 50% B Std. Behandlungen e Behandlungen nach aqua.protect 50% f Infektionsprognosen als Std. Behandlungen a Verlängerung des aqua.protect 50% Krautfäuleschutzes bei l Grünrodung Std. Behandlungen l aqua.protect 10% Erfolgreicher Ersatz konventioneller Kartoffelfungizide im konventionellen Anbau durch aqua.protect A: vollständiger Ersatz konventioneller Fungizide B: Einsatz in der Wartezeit bei Grünrodung zur Verlängerung des Schutzes 38

39 + Feldversuche ökologischer Kartoffelbau 2010 Inf.druck/Befall niedrig bis extrem hoch KW Regionen Mai Juni Juli August September Infektionsdruck B Pfalz unbehandelt * e Kupfereinsatz * f * Ende der Behandlungen aqua.protect 50% * a wegen Erreichen des aqua.protect 20% * l Erntegewichts aqua.protect 10% * l in KW 27 * Infektionsdruck Göttingen Kupfereinsatz * B aqua.protect 50% * e * Ende der Behandlungen f aqua.protect 20% * wegen Erreichen des a aqua.protect 10% * l Erntegewichts aqua.protect 5% * l in KW 32 Kupfer nach Behandlungsende aqua.protect Test auf Wirkrückstände 39 * Test auf Wirkrückstände: Nach Abschluss der Behandlungen sollte kein Schutz mehr vorhanden sein! ARGUS monitoring

40 + Mögliche Einsatzbereiche von aqua.protect im Kartoffelanbau aqua.protect 2.0 Kupfer ökologischer Anbau aqua.protect 2.0 Fungizide konventioneller Anbau

41 + Neuentwicklung des Konzentrates aqua.protect 2.0 Spritzabstand von Benachrichtigung bis Ausbringung: 1-4 Tage Aufwandmenge aqua.protect 2.0: Geringes Risiko Hohes Risiko Wassermenge [l/ha] Aufwandmenge aqua.protect 2.0 Wassermenge [l/ha] Aufwandmenge aqua.protect , , , , , , , ,4 Anzahl Spritzungen mit aqua.protect 2.0 in durchschnittlichen Anbaujahren mit geringem Risiko: 7 (Kupfer 5-6) Anzahl Spritzungen mit aqua.protect 2.0 in durchschnittlichen Anbaujahren mit hohem Risiko: 5 plus 4-5 Kupferbehandlungen (Kupfer solo 7-8)

42 + Vielen Dank aqua.protect Projektpartner Dr. Marcel Thieron Nicole Spees Kai Winkel Dr. Ulrike Steiner Dr. Andreas Kortekamp Tabitha Kellerer apl. Prof. Dr. Ulrich Schaffrath Dr. Rhoda Delventhal Renate Schubert Dr. Annegret Schmitt Dr. Andrea Scherf Florentine Stix Markus Zetzlmann Dr. Ulf Kausch Tatjana Röder Prof. Motschmann und Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit! Dr. Carmen Lübken Dr. Martina Becher Paul Martin Küpper