Fusarium-Artenspektrum und Mykotoxinbildung an Weizen in Abhängigkeit von der Fruchtfolge

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1 Fachsymposium Pflanzenschutz, Magdeburg, Fusarium-Artenspektrum und Mykotoxinbildung an Weizen in Abhängigkeit von der Fruchtfolge Andreas von Tiedemann Ruben Gödecke, Marcel Tillmann, Mark Winter Abteilung Allgemeine Pflanzenpathologie und Pflanzenschutz Department für Nutzpflanzenwissenschaften Georg-August-Universität Göttingen

2 Akute Toxizität von Mykotoxinen und PSM Substanz LD 50 Ratte, oral [mg/kg] Botulinumtoxin (inhalativ) 0,003 Deoxynivalenol (DON) Koffein 279 DDT Kochsalz Epoxiconazol (Fungizid) 3160->5000 Glyphosate (Herbizid) > 5000 Imidachloprid (Insektizid) 450 Giftklassen LD 50 [mg/kg KGW] sehr giftig < 25 giftig gesundheitsschädlich

3 -Art -Vorbefall -Temperatur -Niederschlag Witterung Einflussfaktoren auf den Fusarium-Ährenbefall Vorfrucht Inokulum Infektionsdruck Sortenresistenz Bodenbearbeitung -wendend -nicht-wendend -ohne -Menge Anfälligkeit der Pflanzen Ährenbefall Fungizidwirkung Mykotoxine im Korn Entwicklungsstadium -Wirkstoff -Menge -Termin Weinert, 2006 vor Aussaat Aussaat Blüte Ernte

4 Forschungsarbeiten zur Klärung der Bestimmungsfaktoren für den Fusarium-Ährenbefall im Weizen Auswertung Feldversuche des amtlichen PS-Dienstes (Weinert, ) FAEN-Projekt: Fruchtfolgeversuche Göttingen (Gödecke, Tillmann, ) Energiefruchtfolgen: Feldversuche Göttingen & Rostock (Winter, N Ditsi, ) 4

5 Faktor Vorfrucht, Bodenbearbeitung und Jahr (Witterung) Bundesweite Felderhebungen auf 970 Feldern in den Erntejahren % Proben über 1250 µg DON/ kg Korn Vorfrucht Bearbeitung Mittel Mais nicht wendend wendend Sonstige nicht wendend wendend davon Getreide nicht wendend wendend Zuckerrübe nicht wendend wendend Raps nicht wendend wendend Weinert, v. Tiedemann, Kleinhenz, DLG-Mitteilungen 9/2007

6 Faktor Sorte u. Bodenbearbeitung Fusarium-Versuch FAL, Sandkamp, 2003/04 (n. Weinert, 2004) [FHB-Ähren/15 m 2 ] zu BBCH 75/80 Sorte BSL*) MulchLock o.häcksl. MulchLock m.häcksl. Pflug Ritmo Centrum Vorfrüchte Weizen-Mais; *) Fusarium-Anfälligkeit 1-9 n. BSL Anteil konservierende Bodenbearbeitung in D ha <1% ha 16% ha 38% D. Frische, 2012

7 Fruchtfolgeversuche m 30m 12m 30m 12m 30m 12m 30m 12m 7,5m 30m 2m 30m 2m 30m 7,5m WW ÖR ZR Parzellen ÖR WW ZR Parzellen WW WW MA Parzellen Emmer Nacktgerste WW WW Parzellen 1. Standorte: Torland Gladebeck 2. Sorten: Centrum (2) Ritmo (7) 3. Fruchtfolge: 1,96 ha Mais - Winterweizen Winterweizen Winterweizen Zuckerrübe Winterweizen 4. Fungizideinsatz: 2x Blattbehandlung (EC 32, EC 39; Triazole, Strobilurin, Neutral)

8 Temperatursumme [ C] Faktor Jahr (Witterung) (Mai + Juni ) Torland Gladebeck Torland Gladebeck Torland Gladebeck Niederschlagssumme [mm] Temperatursumme Niederschlagssumme Zeitliche Koinzidenz aus hohen Tagesdurchschnittstemperaturen und Niederschlägen fördert das Auftreten von Ähreninfektionen mit Fusarium spp. Dissertation Ruben Gödecke, 2010

9 Niederschlagsmenge[mmd -1 ]/ Tagesdurchschnittstemperatur [ Cd -1 ] Witterung im Mai & Juni des Versuchsjahres 2007 Vollblüte Niederschläge vor Infektionszeitpunkt: Aufbau Inokulum Niederschläge zum Infektionszeitpunkt: Optimale Infektion Niederschläge nach Infektionszeitpunkt: Förderung der Pathogenese Dissertation Ruben Gödecke, 2010

10 Niederschlagsmenge[mmd -1 ]/ Tagesdurchschnittstemperatur [ Cd -1 ] Dissertation Ruben Gödecke, 2010 Witterung und Sporenflug im Mai & Juni des Versuchsjahres 2009 Sporenflug [Anzahl d -1 m -3 Luft] Vollblüte Geringe Niederschläge vor Infektionszeitpunkt: Wenig Inokulum Geringe Niederschläge zum Infektionszeitpunkt: Primärinfektion möglich, aber auftretender Bodenfrost! Niederschläge nach Infektionszeitpunkt: Keine Förderung der Krankheitsentwicklung

11 DON-Gehalt im Getreide [µg kg -1 ] Faktor Jahr (Witterung) und Standort A ( ) B 97 C 124 C 978 C 298 C 0 Torland Gladebeck Torland Gladebeck Torland Gladebeck DON-Gehalt (Mittelwert) an den beiden Standorte in den Versuchsjahren Verschiedene Buchstaben kennzeichnen signifikante Differenzen. (Tukey Test mit p 0,05); n = 72 Dissertation Ruben Gödecke, 2010

12

13 Prozent Weizenfelder (%) mit Vorfrucht Mais Vorfrucht Mais und reduzierte Bodenbearbeitung? J. Weinert, ?

14 Wege des Ährenbefalls durch Fusarium-Arten Hauptverursacher von Mykotoxinen: Fusarium culmorum, F. graminearum

15 Deoxynivalenol [µg kg -1 ] Faktor Vorfrucht Versuchsjahr 2007 (n = 48) ,5 8,4 1, M WW M ZR WW ZR 2007 Keine Unterschiede zwischen Vorfruchtvarianten WW und ZR; M begünstigt Ährenbefall mit F. graminearum am stärksten Dissertation Ruben Gödecke, 2010

16 Deoxynivalenol [µg kg -1 ] Faktor Vorfrucht Versuchsjahr 2009 (n = 48) ,9 14, , M WW M ZR WW ZR 2009 Deutliche Unterschiede zwischen den Faktoreffekten aller drei Vorfruchtvarianten M >> WW > ZR; Vorfrucht ZR reduziert Mykotoxine Dissertation Ruben Gödecke, 2010

17 Zusammenfassung Faktor Vorfrucht F. graminearum ist der Hauptverursacher der DON-Belastung in Südniedersachsen Vorfrucht Mais fördert Ährenbefall unter allen Befallsbedingungen; für Winterweizen und Zuckerrüben gilt: Starkbefallsjahr: M > WW = ZR Jahr mit mittlerem bis schwachem Befall: M > WW > ZR Hypothese: Unter Starkbefallsbedingungen überlagern Infektionen durch luftbürtige Askosporen von F. graminearum die flächenspezifischen Vorfruchteffekte der Zuckerrübe. Dissertation Ruben Gödecke, 2010

18 Deoxynivalenol [µg kg -1 ] F. culmorum DNA [µg kg -1 ] Faktor Sorte (Feldversuch Weetze 2009) d Gesamt-DON c FG-DNA cd bc b a b a b a Ritmo KWS Pius Julius KWS Erasmus Centrum 0 Ritmo KWS Pius Julius KWS Erasmus n=20; LSD mit p 0,05 n=20; LSD mit p 0,05 Centrum Signifikante Differenzen zwischen Sorten bezüglich Gesamt-DON DNA-Mengen des Pathogens verhalten sich ähnlich wie DON-Gehalte Dissertation Ruben Gödecke, 2010

19 Spezifische Mykotoxinbildung [µg DON µg -1 F.c DNA] Faktor Sorte Spezifische DON-Bildung (Feldversuch Weetze 2009) DON/FG-DNA 9 b b b a 5 4 a Ritmo KWS Pius Julius KWS Erasmus Centrum n=20; LSD mit p 0,05 Signifikant höhere spezifische DON-Bildung in anfälligen Sorten Resistente Sorten scheinen den DON-Abbau zu befördern! Dissertation Ruben Gödecke, 2010

20 Faktor Blattfungizide & Jahr Fungizid DON [µg kg -1 ] Rang DON [µg kg -1 ] Rang DON [µg kg -1 ] Rang Triazol 6310,91 a 92,42 c 402,92 c Neutral 8395,95 a b 126,00 c 716,47 c Strobilurin 9726,09 b 108,82 c 794,76 c DON-Gehalt (Mittelwert) der drei verschiedenen Fungizidvarianten Triazol, Strobilurin und Neutral. Verschiedene Buchstaben machen signifikante Differenzen deutlich (LSD Test mit p 0,05); n = 144 Dissertation Ruben Gödecke, 2010

21 µg/kg Faktor Sorte, Vorfrucht, (Blatt-)Fungizid (Feldversuche 2007) DON-Gehalte am Standort Gladebeck Strobilurin Neutral Azol µg/kg 0 Ritmo Centrum Ritmo Centrum Ritmo Centrum Mais Winterweizen Zuckerrübe Relative Vorfruchtwirkung: Mais = 100%, Getreide = 30%, ZR = 30% ( entspricht Ergebnissen des Monitorings ) Dissertation Ruben Gödecke, 2010

22 Zusammenfassung Faktoren der DON-Bildung (Feldversuche ) Faktor Jahreswitterung (F = 419,8***) Überragende Bedeutung; Mykotoxingehalte einzelner Varianten unterscheiden sich zwischen den beiden Versuchsjahren um den Faktor 100 (2007 > 2008) Faktor Sorte (F = 242,5***) Abstufung deutlich für absolute und spezifische DON-Bildung Faktor Vorfrucht/Fruchtfolge (F = 163,8***) Unter Starkbefallsbedingungen deutliche Abstufungen zwischen den Vorfrüchten (2007); nur unter hohem Befallsdruck (2007) hat Zuckerrübe einen vergleichbaren Vorfruchteffekt wie Winterweizen Faktor Fungizid (Blattbehandlung!) (F = 8,7**) Triazole am besten wirksam; allg. Pflanzenhygiene Faktor Standort (F = 87,8***) Bedeutung im Zusammenhang mit Jahreswitterung Dissertation Ruben Gödecke, 2010

23 Varianzanteile an der Mykotoxinbildung Feldversuche Witterung Sorte Vorfrucht Standort Fungizide* 20% 8% 10% 4% <1% Mykotoxinmenge im Korn Dissertation Ruben Gödecke, 2010 *) Nur Blattbehandlung!

24 Einfluß der Vorfrucht auf die Besiedlung von Halmbasis und Körnern mit Fusarium-Arten Halmbasis Körner Sorten Centrum und Ritmo ; Fruchtfolge: (A) Emmer-Winterweizen-Winterweizen (zweiter Weizen), (B) Winterweizen-Mais- Winterweizen (zweiter Weizen), (C) Ölrettich-Zuckerrübe-Winterweizen, (D) Zuckerrübe-Ölrettich-Winterweizen. Tillmann, v. Tiedemann, Winter (2016) JPDP (accepted)

25 Einfluß der Vorfrucht auf das Fusarium-Artenspektrum an der Halmbasis Weizen Mais F. culmorum Verursacher der Halmvermorschung ZR Ölrettich Fruchtfolge: (A) Emmer-Winterweizen-Winterweizen (zweiter Weizen), (B) Winterweizen-Mais-Winterweizen (zweiter Weizen), (C) Ölrettich-Zuckerrübe-Winterweizen, (D) Zuckerrübe-Ölrettich-Winterweizen. Tillmann, v. Tiedemann, Winter (2016) JPDP (accepted)

26 Einfluß der Vorfrucht auf das Fusarium-Artenspektrum an den Körnern Weizen Mais F. graminearum Verursacher der Ähren-Fusariose Zuckerrübe Ölrettich Fruchtfolge: (A) Emmer-Winterweizen-Winterweizen (zweiter Weizen), (B) Winterweizen-Mais-Winterweizen (zweiter Weizen), (C) Ölrettich-Zuckerrübe-Winterweizen, (D) Zuckerrübe-Ölrettich-Winterweizen. Tillmann, v. Tiedemann, Winter (2016) JPDP (accepted)

27 Fusarium-Spektren Halmbasis und Körner Torland, 2010 und 2011 Promotion Marcel Tillmann, 2012 Fusarium-Arten 2010 Fusarium-Arten 2011 Halmbasis Körner Halmbasis Körner F. avenaceum F. avenaceum F. avenaceum F. avenaceum F. culmorum F. culmorum F. cerealis F. cerealis F. equiseti F. equiseti F. culmorum F. culmorum F. graminearum F. graminearum F. equiseti F. equiseti F. oxysporum F. poae F. graminearum F. graminearum F. tricinctum F. tricinctum F. oxysporum F. poae F. poae F. sporotrichioides F. redolens F. tricinctum F. tricinctum F. venenatum

28 Mykotoxinbildung und Vorkommen verschiedener Fusarium-Arten Vorkommen an Weizen A-Trichothecene B-Trichothecene Fusarium spp. Ähre Halmbasis T-2 HT-2 SCI DON NIV ZEA FUM Enn F. equiseti x x x x x x F. oxsporum x x x (x) F. poae x? x F. redolens x (x) F. tricinctum x x x F. cerealis x x (x) x x F. graminearum x x x x x F. culmorum x x x x x Mod. n. Wegener 1996 & verschiedene Quellen

29 Inokulationsversuche an Ähren im Gewächshaus Black Point Körner. a, Kontrolle; b, F. poae; c, F. equiseti; d, F. tricinctum Promotion Marcel Tillmann, 2012 Ährensymptome Tybalt. a, F. equiseti; b, F. poae; c, F. tricinctum; d, F. graminearum (21 dpi)

30 % Black point Körner % Kümmerkorn Inokulationsversuche an Ähren im Gewächshaus Die Fusarium- Stämme stammten aus Zuckerrüben. Christ et al., Phytopathology, 2013

31 Mykotoxingehalte [µg/kg] Mykotoxinbildung von F. equiseti, F. poae, F. tricinctum an der Ähre Inokulation mit Fusarium spp., Mykotoxingehalte symptomlose Körner und Black Point Körner (BP) DON NIV ZON GDON Promotion Marcel Tillmann, 2012 F. graminearum: in allen Wiederholungen >10000 *F. graminearum: in allen 5 Wdh. >10k µg/kg DON, F. poae BP: in 3 Wdh. >10k µg/kg NIV

32 Black-Point Symptome als möglicher Mykotoxinindikator Mykotoxine a F. tricinctum b O63/O35/O32 F. equiseti b O19/O20/O90 F. oxysporum c O38/O39/O40 REC (%) d LOD (µg/kg) Dissertation Ruben Gödecke, 2010 N BP F N BP F N BP F NIV , ,00 e 5,00 MAS , ,00 4,00 DAS - - 7,9 33 4, , BEAU s s 7,5 6,7 0, ,3 94,00 0,05 ENNI A ,8 s s 0,5 0,2 0,4 n.d. 0,10 ENNI A ,0 s s ,9 n.d. 0,10 ENNI B ,8 s s 5,1 6,5 0,8 n.d. 0,01 ENNI B ,7 s s ,9 n.d. 0,20 ENNI B ,3 s s - - n.d. 0,10 MON , ,00 e 20,00 AURO , ,80 e 12,00 EQUI , ,60 e 6 2-AOD-3-ol , ,70 e 160,00 N: Symptomlose Körner BP: Black-Point Körner F: Faktor um den sich die Mykotoxingehalte der Fraktionen unterscheiden s: Mykotoxinmengen die geringfügig oberhalb der Nachweisgrenze liegen HPLC-MS/MS; IFA-Tulln b Mittelwert der gepoolten Wdh. 1-3 & 4-7 c Wert der gepoolten Wdh. 1-7 d Wiederfindungsrate e Werte korrigiert um die Wiederfindungsrate

33 Zusammenfassung Determinanten der DON-Bildung im Korn sind: Witterung >Vorfrucht > Sorte > Standort > Blattfungizidbehandlung. (Abgesehen davon ist die Bodenbearbeitung vermutlich der stärkste Faktor.) Risikovorfrüchte für Ährenbefall: Mais > Weizen > ZR. Rolle der ZR als Risikofaktor für die Übertragung von F. graminearum nicht klar. Resistente Sorten verringern Pilzwachstum, DON-Bildung und spezifische DON- Bildung. Vorfruchteffekte auch auf das Fusarium-Artenspektrum (Halmbasis und Körner): Mais F. graminearum/korn; Weizen u. ZR F. culmorum/halmbasis. Fusarium-Spektrum an der Ähre: F. graminearum, F. poae, F. tricinctum Fusarium-Spektrum an der Halmbasis: F. culmorum, F. equiseti, F. tricinctum F. tricinctum, F. equiseti, F. oxysporum, F. poae symptomlos an Ährchen aber Bildung von Black-Point-Körnern z.t. mit höheren Mykotoxingehalten als symptomlose Körner Risikopotenzial noch unklar!

34 Fazit Fusarium-Arten sind ein Erreger-Komplex, deren Vertreter alle Entwicklungsstadien und Pflanzenteile des Getreides befallen, schädigen und mit Mykotoxinen kontaminieren können. Effektive Befallskontrolle durch vorbeugende bzw. direkte Pflanzenschutzmaßnahmen ist unbedingt erforderlich.

35 Danksagung Prof. P. Karlovsky & Prof. B. Märländer Prof. E. Pawelzik (Koordinatorin FAEN) Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur Kooperationspartner im FAEN Verbundprojekt KWS-Lochow GmbH Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe/BMEL Evelin Vorbeck, Claudia Nordmann Eugen Hodyl, Hubertus Reintke, Frank Gremmes Zivildienstleistende Ali Hayder Oezen, Matthias Meier, Sebastian Streit

36 FNR-Energiefruchtfolgeprojekt Energie-Fruchtfolge-Versuch Weende, 2009

37 Einfluss der Fruchtfolge auf den Halmbasisbefall mit von Fusarium spp. in Göttingen Median 25%-75% Bereich ohne Ausreißer aa Diss. Mark Winter, 2012 Befallshäufigkeit Fusarium spp. (%) ba : 1,2 ab : 3,1 bb aba : 2,0 : 2,8 ba Variante: PS Fruchtfolge Variante: PS-F0 4: Raps-Weizen-Zwf/Mais-Weizen 2: Raps-Weizen 3: Raps-Zwf/Mais-Weizen Verschiedene Buchstaben bezeichnen signifikanten Unterschied nach Tukey-Test (α = 0,05) zwischen den Fruchtfolgen (klein) bzw. zwischen den Pflanzenschutzvarianten (groß).

38 Einfluss der Fruchtfolge auf den Halmbasisbefall mit von Fusarium spp. in Göttingen Median 25%-75% Bereich ohne Ausreißer aa Diss. Mark Winter, 2012 Befallshäufigkeit Fusarium spp. (%) ba ab bb : 4,6 aba ba Variante: PS Fruchtfolge Variante: PS-F0 4: Raps-Weizen-Zwf/Mais-Weizen 2: Raps-Weizen 3: Raps-Zwf/Mais-Weizen Verschiedene Buchstaben bezeichnen signifikanten Unterschied nach Tukey-Test (α = 0,05) zwischen den Fruchtfolgen (klein) bzw. den Pflanzenschutzvarianten (groß).