Früherkennung und Unterscheidung biotischen und abiotischen

Kuckenberg, Jan (2008):
Früherkennung und Unterscheidung biotischen und abiotischen
Stresses bei Triticum aestivum and Malus domestica mittels
Chlorophyllfluoreszenz-basierender Verfahren
Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz, Landwirtschaftliche Fakultät,
Universität Bonn, 87 Seiten
Zielsetzung dieser Arbeit war es, das Potenzial ausgewählter Chlorophyllfluoreszenzbasierender Verfahren zur Erkennung der zeitlichen und räumlichen Dynamik von Blatt- und
Pflanzenreaktionen auf ökonomisch relevante Stressfaktoren zu ermitteln und somit eine
Grundlage für den Einsatz dieser Techniken im Präzisionspflanzenbau zu schaffen.
Die bildgebende PAM Fluoreszenz ermöglichte eine prä-symptomale Pathogenerkennung
und Visualisierung räumlicher Unterschiede während des Infektionsverlaufes von Blumeria
graminis und Puccinia triticina auf Ebene einzelner Weizenblätter. Beide Pilze verursachten
zu Beginn der Infektion einen Anstieg der Grundfluoreszenz (Fo) und eine Verringerung der
photochemischen Effizienz (Fv/Fo, Fv/Fm). Unter den erhobenen Parametern zeigte Fv/Fo
die stärkste Reaktion auf vorgenannte pilzliche Erreger. Fluoreszenzaufnahmen ohne
Vorverdunklung erschwerten eine gesicherte Erkennung des Pathogenbefalls.
Der Ansatz der ‘multipoint’ scannenden Laser-Induzierten Fluoreszenz (LIF) wurde unter
Lichtbedingungen zur Erkennung und Unterscheidung biotischer (Braunrost und Echter
Mehltau) und abiotischer (Stickstoffmangel) Stressfaktoren auf Blatt- und Bestandesebene
an Weizen getestet. Die Kreuzvalidierung der Messwerte ergab, dass anhand dieses
Verfahrens eine eindeutige Unterscheidung zwischen Pathogeninfektionen und N-Mangel
nicht gewährleistet werden kann. Allerdings führte die Berücksichtigung der Heterogenität
der Fluoreszenzsignale zusätzlich zu den Mittelwerten sowohl auf Blatt- als auch auf
Bestandesebene zu einer signifikanten Verbesserung der Identifikationsgenauigkeit von NMangel und Braunrost.
Zur Vermeidung von Fehlinterpretationen von Fluoreszenzsignalen im Präzisionspflanzenbau wurde der Einfluss erhöhter UV-B Strahlung auf LIF- und PAM-Parameter an
Apfelsämlingen (Malus domestica Borkh.) untersucht. Kurzzeitiger UV-B Stress beeinflusste
weder den Chlorophyllgehalt noch die Reflexionseigenschaften der Blätter, konnte jedoch mit
beiden Fluoreszenztechniken erfasst werden. Signifikant reduzierte Fluoreszenzintensitäten
und F686/F740-Werte sowie eine hohe räumliche Heterogenität der photosynthetischen
Effizienz nach einem UV-B Stress sind bei einem Einsatz dieser Techniken im Freiland zu
berücksichtigen. Auf die Störung in der photosynthetischen Funktionalität folgte, in
Abhängigkeit von der UV-B Dosis, ein kontinuierlicher Regenerationsprozess.
Eine weitere Fragestellung dieser Arbeit war es, das Potenzial von LIF- und RemissionsTechniken zur Erkennung Seneszenz-induzierter Heterogenitäten im Chlorophyllgehalt der
Apfelschale (cvs ‘Jonagold’ und ‘Golden Delicious’) und innerer Fruchtqualitätsmerkmale
unter ‘shelf life’ Bedingungen zu bestimmen. Veränderungen in der Grundfarbe von Äpfeln
waren erfolgreich mittels LIF- und Remissionstechniken zu ermitteln, wobei der NDVI und die
Fluoreszenzemission bei 730 nm die stärkste Korrelation mit dem Chlorophyllgehalt in der
Apfelschale lieferten. Der scannende ‘multipoint’ Fluoreszenzmodus der LIF Technik
ermöglichte zugleich eine detaillierte Erfassung von Heterogenitäten in der Fruchtfarbe. Die
Korrelation von Remissions- und Fluoreszenzparametern mit inneren Frucht- und Reifemerkmalen konnte unter Berücksichtigung von Unterschieden im Pigmentgehalt und der
Fruchtfleischeigenschaften von Sonnen- und Schattenseiten signifikant verbessert werden.