Untersuchung verschiedener künstlicher Inokulationsmethoden

INSTITUT FÜR BIOTECHNOLOGIE
IN DER PFLANZENPRODUKTION
DER
UNIVERSITÄT FÜR BODENKULTUR
Vorstand: Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr. nat. techn. Hermann Bürstmayr
Betreuer: Ao. Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr. nat. techn. Marc Lemmens
MASTERARBEIT
Kolbenfusariosebestimmungen bei Mais
am Feld: Untersuchung verschiedener
künstlicher Inokulationsmethoden
Eingereicht von Peter Pokorny
Wien, im März 2013
1
DANKSAGUNGEN
An erster Stelle bedanke ich mich bei meinem Betreuer, Herrn Prof. Dr. Marc
Lemmens, der mein Interesse der mein Interesse an der Erforschung der
Resistenzmechanismen von Fusarium spp. geweckt hat und auch ermöglichte, dass ich
mich mit einem so interessanten Thema auseinandersetzen konnte und auch stets eine
Antwort auf meine Fragen parat hatte, mir bei den vielen Stunden am Feld zur Seite stand
und auch nie den Überblick für das Wesentliche verloren hat.
Weiters bedanke ich mich auch beim gesamten IFA Team der Biotechnologie in der
Pflanzenproduktion für ihre Unterstützung.
Des weiteren bedanke ich mich noch von ganzem Herzen bei meinen Eltern, die
mir meine Ausbildung ermöglichten und mir den finanziellen und geistigen Rückhalt
geboten haben, der für einen erfolgreichen Abschluss eines Studiums notwendig ist.
Schließlich richtet sich mein Dank auch noch an meine Großeltern, die mich
während meines gesamten Studiums freundlicherweise bei sich wohnen ließen, sodass
ich mich nicht um eine Unterkunft zu sorgen hatte, und mir auch mit Rat und Tat während
des gesamten Studiums beiseite standen.
2
Einleitung, Problemstellung, Ziele der Arbeit und experimentelle
Vorgangsweise!..........................................................................................6
Einleitung und Problemstellung!.............................................................................6
Ziele der Arbeit!.........................................................................................................7
Experimentelle Vorgangsweise!..............................................................................7
Literatur!......................................................................................................7
Die Gattung Fusarium!.............................................................................................7
Krankheitsbild und Symptome!...............................................................................8
Negative Effekte durch Kolbenfusariose! ..............................................................9
Zyklus der Krankheit!.............................................................................................10
Umweltabhängigkeit der Krankheit!......................................................................11
Kontrolle von Kolbenfusariose!............................................................................12
Resistenzmechanismen der Maispflanze!............................................................12
Inokulationsmethoden und Resistenzkomponenten!.........................................13
Molekulare Genetik und QTL-Mapping!................................................................15
QTL-Mapping für Resistenz gegen Gibberellafäule!...........................................15
QTL-Mapping für Resistenz gegen Fusariumfäule!.............................................15
Zusammenhang zwischen QTL für Resistenz gegen Fusariumfäule, gegen
andere Kolbenfäulen und ackerbaulichen Eigenschaften!.................................16
Molekulargenetik von Gibberella-Kolbenfäule und Mykotoxinanreicherung!..16
Molekulargenetik von Fusarium-Kolbenfäule und Mykotoxinanreicherung!....16
Verwendung der QTL-Kartierung in der praktischen Züchtung!........................17
Aspekte der Pflanzenzucht!...................................................................................17
Material und Methoden!...........................................................................19
Maishybriden!..........................................................................................................19
Versuchsaufbau für die Resistenzuntersuchung mit künstlicher Inokulation!19
Versuchsaufbau für die Untersuchung der natürlichen Infektion!.....................20
Herstellung und Eigenschaften der Isolate!.........................................................20
3
Inokulationsmethoden!..........................................................................................21
Bonituren der Krankheit!........................................................................................21
Statistische Datenverarbeitung!............................................................................23
Ergebnisse!...............................................................................................23
Injektion in den Seidenkanal!................................................................................24
Zahnstochermethode!............................................................................................27
Natürliche Infektion!...............................................................................................30
Korrelationsanalysen!..............................................................................32
Vergleichbarkeit der Wirkung der Resistenzmechanismen gegen
verschiedene Fusariumarten!................................................................................32
Korrelation des Gesamtbefalls nach Injektion von F. graminearum und F.
verticillioides!..........................................................................................................32
Korrelation des Gesamtbefalls nach mechanischer Verletzung von F.
culmorum und F. verticillioides!............................................................................33
Vergleichbarkeit verschiedener Inokulationstechniken!.....................................33
Korrelation des Gesamtbefalls nach mechanischer Verletzung und nach
Injektion in den Seidenkanal!................................................................................33
Korrelation der Befallshäufigkeit nach Injektion in den Seidenkanal mit jener
nach mechanischer Verletzung mittels Zahnstocher!.........................................34
Vergleich der Resistenzmechanismen nach künstlicher Inokulation mit jenen
der Feldresistenz nach natürlichen Infektionsbedingungen!.............................35
Korrelation des Gesamtbefalls aller Kolben nach natürlicher Infektion und
nach Injektion in den Seidenkanal als auch nach mechanischer Verletzung!..35
Korrelation der Befallshäufigkeit nach mechanischer Verletzung mittels
Zahnstocher mit jener nach natürlicher Infektion!..............................................35
Diskussion!...............................................................................................36
Genotypen!..............................................................................................................36
Umwelt!....................................................................................................................37
Vergleich der Inokulationsmethoden!...................................................................37
Auswertung der Gesamtresistenz!.......................................................................38
Resistenzrangreihung nach Injektion in den Seidenkanal!................................38
4
Resistenzrangreihung nach mechanischer Verletzung!.....................................39
Vergleich der Resistenzrangreihungen!...............................................................40
Wirksamkeit der Resistenzen gegenüber verschiedenen Fusariumarten!........42
Wirksamkeit der Resistenzen bei natürlicher und künstlicher Infektion!.........42
Zusammenfassung!..................................................................................43
Literaturverzeichnis!................................................................................44
Anhang!.....................................................................................................51
Tabellenverzeichnis!...............................................................................................51
Abbildungsverzeichnis!.........................................................................................51
5
1.
Einleitung, Problemstellung, Ziele der Arbeit und
experimentelle Vorgangsweise
1.1.
Einleitung und Problemstellung
Mais, inklusive CCM (Corn Cob Mix), ist mit einer Fläche von 217.137 ha (2011)
15,63 % der Ackerflächen Österreichs die zweitwichtigste Ackerfrucht der heimischen
Landwirtschaft. Innerhalb der EU-27 wird Mais mit einer Fläche von 18 Mio. ha auf 17,3%
der Ackerflächen angebaut. Weltweit wird mit 150 Mio. ha Mais auf fast einem drittel aller
Getreideanbauflächen angebaut.
Mit der Ausbreitung und Intensivierung des Maisanbaus hat jedoch auch das
Auftreten der Kolbenfusariose durch Fusarium spp. bei ungünstigen Umweltbedingungen
zu massiven Problemen geführt (Lew, 1993). Die Bedeutung der Kolbenfäulen ist weniger
in den kaum in Zahlen zu fassenden Massenverlusten zu sehen, sondern in den bisweilen
ganz erheblichen Qualitätsverlusten des Erntegutes. Da mehrere Fusariumarten
Mykotoxinbildner sind, kann ein höherer Anteil befallenen Erntegutes zu
Gesundheitsproblemen bei Mensch und Tier führen wenn befallenes Gut als Nahrungsoder Futtermittel verwendet wird (Hurle et al., 1996). Da eine direkte Bekämpfung der
Krankheit mit chemischen Mitteln nicht möglich ist, und auch sonstige pflanzenbauliche
Maßnahmen nur zum Teil greifen, steht der Anbau resistenter Sorten zur Ertragssicherung
und vor allem Qualitätssteigerung beim Maisanbau im Vordergrund.
Das Vorkommen der Kolbenfusariosen ist jedoch unter natürlichen Bedingungen
sehr stark von den vorherrschenden Klimaverhältnissen abhängig, die zu jährlichen
Schwankungen im Fusariumbefall führen. Eine genaue Überprüfung der
Kolbenfusarioseresistenzen diverser Genotypen ist auf Grund des unregelmäßigen
Auftretens der Krankheit extrem schwierig. Eine mögliche Lösung bietet der Einsatz
künstlicher Inokulationsmethoden, die den Umwelteinfluss einschränken und trotzdem
praxisrelevante Daten zur Prüfung der Fusariumresistenzen erlauben. Diese
Inokulationsmethoden beruhen auf den beiden natürlichen Infektionswegen des
Krankheitserregers, über die Seiden oder nach Verletzung des Kolbens und der Körner.
Gegenüber diesem Infektionsverlauf sind die auftretenden Resistenzmechanismen der
Maispflanze in bereits vorhandener Literatur beschrieben (Reid und Hamilton, 1996).
Die durch künstliche Inokulationsmethoden erhaltenen Informationen, sollten
jedoch auch das genetische Resistenzniveau der geprüften Hybride unter natürlichen
Umweltbedingungen wieder spiegeln.
6
1.2.
Ziele der Arbeit
Die Ziele der Arbeit können wie folgt zusammengefasst werden:
★ Die Untersuchung der verschiedenen Resistenzmechanismen gegenüber
Kolbenfusariose bei Mais
★ Ein Vergleich dieser Resistenzmechanismen an einem Maissortiment bestehend
aus 18 Genotypen ungarischer Herkunft und 19 Genotypen österreichischer
Herkunft
★ Der Vergleich der Resistenzdaten, erhoben nach künstlichen Inokulationen mit
Resistenzdaten, erhoben nach natürlicher Infektion
★ Herausarbeitung der Kombinationseignung dieser Genotypen hinsichtlich der
Möglichkeit der Züchtung neuer Sorten um die Resistenzeigenschaften zu
verbessern.
1.3.
Experimentelle Vorgangsweise
Um ein möglichst breites Spektrum an Sorten zu prüfen, wurden insgesamt 37
verschiedene Genotypen ausgewählt. Diese Hybride wurden sowohl unter natürlichen
Umwelt- und Infektionsbedingungen als auch unter kontrollierten Bedingungen angebaut,
künstlich inokuliert und bonitiert.
Die Inokulationen wurden mit zwei verschiedenen Methoden durchgeführt (Reid
und Hamilton, 1996), um natürliche Infektionswege optimal nachzuahmen, und die daraus
resultierenden unterschiedlichen Resistenzverhalten der Sorten zu ermitteln. Dabei
wurden sämtliche Genotypen bonitiert und selbst ermittelt.
Insgesamt wurden im Rahmen dieser Diplomarbeit ungefähr 7210 Kolben künstlich
inokuliert und 10413 Einzelpflanzen bonitiert. Um einen Vergleich der Resistenzdaten zu
erhalten, wurden anschließend die gesammelten Daten mit Hilfe statistischer Programme
ausgewertet, analysiert und interpretiert.
2.
2.1.
Literatur
Die Gattung Fusarium
Für den weitaus größten Anteil der Erkrankungen an unseren Kulturarten sind die
phytopathogenen Pilze verantwortlich. Die von den Pilzen hervorgerufenen Ertragsausfälle
und Qualitätseinbußen sind von Kultur zu Kultur unterschiedlich und werden außerdem
maßgeblich durch den Witterungsablauf bestimmt (Börner, 1997). Auch viele
Fusarienarten werden zu den pflanzenpathogenen Pilzen gezählt.
In der künstlichen Gruppe der Deuteromycotina, auch als Fungi imperfecti
bezeichnet, sind alle jene Pilze zusammengefasst, deren sexuelle Fruchtform noch nicht
gefunden ist, oder nicht vorhanden ist. Es werden daher nur asexuelle Konidien gebildet.
Die Deuteromycotina machen etwa 30% aller Pilze aus, und zu ihnen gehören
phytopathogene Pilze von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Auch die Gattung Fusarium
zählt man zur Gruppe der Deuteromycotina. Die Konidien entstehen in den Sporodochien
und sind hyalin, mehrzellig und meist typisch sichelförmig. Außer diesen sichelförmigen
Makrokonidien, werden auch hyaline Mikrokonidien und unter bestimmten Bedingungen
Dauerhyphen oder Chlamydosporen gebildet (Bedlan, 1988).
7
Nach der Taxonomie von Nirenberg (1989) können laut Untersuchungen von Adler
(1993), in Österreich mittlerweile zwölf verschiedene Fusariumarten bei Getreide und Mais
isoliert werden.
Diese sind: F. avenaceum, F. cerealis, F. culmorum, F. equiseti, F. graminearum,
F. oxysporum, F. poae, F. proliferatum, F. subglutinans, F. sporotrichioides, F.
tricinctum und F. verticillioides (F. moniliforme), wobei je nach Umweltbedingungen F.
avenaceum, F. culmorum, F. graminearum, F. poae und F. subglutinans am häufigsten
vorkommen (Lew, 1993).
Von einigen Arten sind auch sexuelle Formen bekannt. So gilt z.B. die Art
Gibberella zeae, vor allem verantwortlich für Kolbenfäule am Mais in Österreich, als die
sexuelle Form von F. graminearum Schwabe (Nelson et. al., 1983).
2.2.
Krankheitsbild und Symptome
Fusarium-Pilze können Schäden an allen Pflanzenorganen (Blatt, Stengel, Kolben)
hervorrufen, aber vor allem der Befall der Kolben wird als gravierend betrachtet.
Kolbenfäulen sind häufig bereits äußerlich an den Lieschen durch weißliche, lachsfarbene
bis zimtfarbene Beläge zu erkennen. Unter den oftmals verklebten Lieschen sind die
Kolben von einem dichten Pilzgeflecht partiell oder ganzflächig überzogen, das bei
Vorherrschen von F. poae rein weiß bei F. subglutinans weiß bis hellrosa und bei F.
culmorum oder F. graminearum mehr rosapurpur bis rot gefärbt ist. Unter dem
Pilzgeflecht befinden sich rot bis braun verfärbte Körner, die zum Teil aufgeplatzt sind. Bei
fortgeschrittener Infektion ist auch die Spindel bräunlichrot verfärbt und verrottet (Hurle et
al., 1996).
Hauptverantwortlich für Kolbenfusariosen bei Mais in Österreich sind F.
graminearum und F. subglutinans, die meist auf Pflanzenrückständen der Wirtspflanze
wie Maisstengel, Kolben oder sonstigen Erntebruchstücken an der Bodenoberfläche zu
finden sind. Von hier aus kann entweder direkt ein infektiöses Myzel wachsen oder es
werden Sporen gebildet, die vom Wind oder über andere Vektoren, wie z.B. Insekten
verteilt und somit auf neue Wirtspflanzen gelangen.
In Maisbeständen wächst F. graminearum ursprünglich auf den Seidenfäden, erst
später folgt auch eine Infektion der Körner und des Kolben. In den meisten Fällen bildet
sich hierbei ein weißlicher bis roter Schimmelpilzbelag auf den Körnern (Lemmens und
Krska, 1996). Bei sehr stark befallenen Kolben treten oft Verklebungen der Seiden und der
Lieschen mit den Körnern auf, und eine Erkrankung ist bereits an den verfärbten Lieschen
und an der Kolbenspitze zu erkennen. Bei verzögerter Abreife und feuchtnassen
Umweltbedingungen, bilden sich oft auch kleine, schwarze, runde Peritezien (entsprechen
den Produktionsstätten der Ascosporen) von Gibberella zeae an der Oberfläche der
infizierten Lieschen (Ried und Hamilton, 1996).
Infektionen mit F. subglutinans, die zu einer Erkrankung des Kolbens führen,
werden normalerweise durch natürlich auftretende Wunden direkt am Kolben (z.B. durch
Insektenfraß (z.B. Maiszünsler ,Ostrinia nubilalis‘, Hagel oder Vogelschäden) gefördert.
Auch hier ist eine Ausbreitung des Myzels am gesamten Kolben möglich, meist werden
jedoch nur einzelne Körner oder abgegrenzte Regionen befallen. Charakteristisch für
diese Fusariumart ist ein weißes bis hellrosanes Myzel zwischen den Körnern und unter
den Lieschen. In den meisten Fällen erfolgt eine Infektion im Korn am Embryo, so dass oft
Anfangs keine äußerlichen Symptome sichtbar sind (Snijders, 1994).
Eine Infektion von Mais, als auch von Weizen wird durch wärmere Temperaturen
und anhaltender Feuchtigkeit vor allem zur Zeit der Blüte und der Milchreife begünstigt.
Wurde eine Pflanze erfolgreich infiziert, folgt ein rasches Wachsen des Schimmelpilzes bei
steigender Pilzgiftproduktion.
8
Nach der Ernte kann sowohl ein Weiterwachse des Pilzes, als auch eine
fortlaufende Mykotoxinproduktion stattfinden, wenn nicht rasch sachgemäß getrocknet
oder eingelagert wird.
2.3.
Negative Effekte durch Kolbenfusariose
Obwohl Auftreten und Stärke der Kolbenfäule von Jahr zu Jahr schwankt, ist
dennoch mit einer Reduktion des Erntepotentials der Hybride durch mangelnde
Kornausbildung und eine Minderung der Erntequalität durch die Mykotoxinbildung dieses
Pathogens zu rechnen. Dies ist vor allem für Tierproduzenten von Bedeutung, ins
Besondere für die Schweinezucht, da diese Tiere am stärksten auf die gebildeten
Mykotoxine reagieren.
Die zwei wichtigsten von F. graminearum produzierten Mykotoxine sind das
Zearalenon (ZON) und das Desoxynivalenol (DON, Vomitoxin). Zearalenon ist ein
Östrogen wirksames Fusarientoxin, das nach kanadischen Untersuchungen leicht
kanzerogen ist (Kuiper-Goodman, 1989). Zearalenonvergiftungssymptome sind
Schwellungen und Entzündungen der Vulva, Vergrößerung des Uterus und
Fruchtbarkeitsstörungen. Weiters ist mit einer verminderten Wurfgröße und
Futterverweigerungen zu rechnen. Das bei Mais in den höchsten Konzentrationen
auftretende Fusarientoxin ist das trichothecene Gift Vomitoxin. Es besitzt zwar nur eine
geringe akute Toxizität, ist aber deshalb für die Landwirtschaft bedeutsam, weil es
Freßunlust bzw. Futterverweigerung bei Haustieren, insbesondere bei Schweinen,
hervorruft. Zusätze von 1mg Vomitoxin/kg Futter führen bei Schweinen bereits zu einer
Verringerung der Futteraufnahme, ab 5 mg/kg Futter zu Erbrechen oder
Futterverweigerung (Schuh, 1982). Zusätzlich ist Vomitoxin immunsuppressiv (Tryphonas
et al., 1983; Pestka et al., 1987) und es hemmt die Protein-, DNS- und RNS-Synthese
(Adler, 1987).
Eine weitere wichtige Fusariumart in Österreich ist F. subglutinans, dessen
Auftreten häufig mit dem des Maiszünslers beobachtet wurde (Lew et al.,1991). Diese
Fusariumart bildet das Toxin Moniliformin (MON), welches als äußerst giftig und
herzschädigend einzustufen ist, (Chelkowski et al., 1995) und das Zellgift Beauvericin
(BEA) (Logrieco et al., 1993; Krska et al., 1996).
Stärker toxische Fusarienmetaboliten wie T-2 Toxin oder HT-2 Toxin, sowie die
krebsfördernden Fumonisine werden von Fusarienarten gebildet, die in Österreich eine
geringere Rolle spielen (Lew, 1993). Folgende Tabelle 2.1. stellt eine Übersicht der in
Österreich vorkommenden Fusarienarten dar und zeigt zusätzlich die gebildeten
Mykotoxine und deren Wirkungen:
9
Tab.2.1.: Fusarien und Fusarientoxine bei Mais in Österreich. (nach Lew, 1993)
DOMINIERENDE
FUSARIENARTEN
BEI MAIS
GEBILDETE TOXINE
WIRKUNG
Moniliformin
Beauvericin
myokardschädigend
zytotoxisch
Zearalenon
östrogenaktiv,carcinogen
F. graminearum
Desoxynivalenol (Vomitoxin)
Acetyldesoxynivalenol*
immunsuppressiv,emetisch
F. verticillioides
Fumonisine
carcinogen
F. avenaceum
Moniliformin
myokardschädigend
F. poae
Nivalenol*
emetisch,hämorrhagisch
F. tricinctum
Moniliformin
myokardschädigend
Zearalenon
östrogenaktiv,
carcinogen
immunsuppressiv,zytotoxisch
hämorrhagisch
östrogenaktiv,
carcinogen
immunsuppressiv,emetisch
F. subglutinans
Zusätzlich auftretende
Fusarienarten
F. equiseti
F. culmorum
T-2 Toxin*
HT-2 Toxin*
Zearalenon
Desoxynivalenol
F. croockwellense
(F. cerealis)
Zearalenon,
Nivalenol
östrogenaktiv,
carcinogen
emetisch,
hämorrhagisch
F. oxysporum
Moniliformin*
myokardschädigend
F. sporotrichioides
T-2 Toxin
HT-2 Toxin
immunsuppressiv,zytotoxisch
hämorrhagisch
*wird nur von einer Minderheit der Isolate gebildet
2.4.
Zyklus der Krankheit
Da Fusariumarten nicht nur parasitisch, sondern auch saprophytisch zu leben
vermögen, ist mit allgegenwärtigem Auftreten zu rechnen. Die Überwinterung erfolgt am
Saatgut und saprophytisch an befallenen Pflanzenresten im und auf dem Boden. Im
Sommer werden von freiliegenden Myzelpolster durch den Wind Sporen abgeweht, deren
weiterer Infektionsweg, nach der Besiedlung der Narben durch Fusarium, über den
Seidenkanal in die Kolbenspitze zu verfolgen ist. Dabei dringen die auskeimenden Hyphen
entweder direkt in die sich entwickelnden Körner ein, oder sie besiedeln diese äußerlich.
Hier kann das Schadbild entweder sofort entstehen, oder nach einer Latenzphase bei
Einsetzen günstigerer Entwicklungsbedingungen für den Pilz, später zum Ausbruch
kommen (Hurle et al., 1996).
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Vorraussetzungen, die den Infektionsvorgang erleichtern, sind einerseits
regnerische und kühle Spätsommer- und Herbstwochen mit hoher Luftfeuchtigkeit, sowie
alle Faktoren, die dazu führen, dass der natürliche Schutz des Kolbens durch
geschlossene Lieschen durchbrochen wird, z.B. bei Befall der Kolben durch den
Maiszünsler, durch Frühfröste, Hagelschäden oder sonstige mechanische Verletzungen
der Kolben (e.g. Wind-, Vogelschäden). In all diesen Fällen werden die Lieschen geöffnet
und Regenwasser schwemmt die Pilzsporen bis tief an die Kolbenbasis. Dort finden sie
bei hoher Luftfeuchtigkeit unter den Lieschen ideale Keim- und Entwicklungsbedingungen
(Lew, 1993).
Weiters werden rissige oder weißrissige Körner, die sich bei ungleichmäßigem
Wasserhaushalt bilden, rasch infiziert. Kolbenfäulen sind auch Folgeerscheinungen von
Frostschäden und dem Umbrechen der Pflanzen durch Stengelverrottung.
Als Wirtspflanzen der genannten Fusariumarten kommen alle Getreidearten, Mais
und zahlreiche Gräser, sowie, je nach Fusariumart, zahlreiche Arten weiterer
Pflanzenfamilien in Betracht. Eine direkte Bekämpfung im Bestand ist nicht möglich. Die
weitere Ausbreitung der Fäulen im Lager muss durch unmittelbar nach dem Drusch
einsetzende Trocknung unterbunden werden. Weitere Maßnahmen, die ein Auftreten der
Kolbenfäule verhindern sollen, sind eine optimale Standort- und Sortenwahl auch in Bezug
auf die Stengelbruchresistenz, eine möglichst rechtzeitige Ernte, eine ausgeglichene
Düngung, eine vielseitige Fruchtfolge und eine mischende und wendende
Bodenbearbeitung (Hurle et al, 1996).
Die Wahl und der Anbau einer resistenten Sorte zählt zu den biologischen oder
integrierenden Maßnahmen gegen Krankheiten wie etwa Fusarium und bietet daher eine
günstige Möglichkeit zur Ertragssicherung und vor allem Qualitätssteigerung bei der
Maisproduktion. Hierbei werden sogenannte biologische Abwehrmechanismen, die auf
bestimmten Resistenzgenen lokalisiert sind aktiviert. Je nach Sorte bzw. Genotyp,
unterscheiden sich die Resistenzeigenschaften und damit auch die Widerstandskraft einer
Sorte gegenüber einem Krankheitsbefall.
2.5.
Umweltabhängigkeit der Krankheit
Infektionen durch Fusarium sind unter natürlichen Umweltbedingungen sporadisch
und von Jahr zu Jahr stark von den jeweiligen Klimaverhältnissen abhängig (Reid et al.,
1995). Eine Reihe von Faktoren wie Morphologie oder Physiologie der Pflanze, Sortenund Standortwahl, Fruchtfolge, Düngung und Bodenbearbeitung können den
Fusariumbefall beeinflussen, die wichtigsten jedoch sind vor allem Temperaturverlauf,
Feuchtigkeit und Beschädigungen an der Pflanze und des Kolbens.
Als optimale Wachstumstemperatur für F. graminearum werden Temperaturen
zwischen 24°C und 26°C angegeben, gekoppelt mit andauernder Feuchtigkeit. Regen und
warmes Wetter im Juli und August zur Zeit der Blüte, des Seidenschiebens und der frühen
Kornentwicklung sind wichtige Faktoren, die zu einer raschen Erkrankung führen (Reid et
al., 1996).
Schäden an den Kolben durch Vögel und Insekten führen auch zu einer erhöhten
Infektion durch F. graminearum (Sutton, 1981). Hier wird angenommen, dass die
natürliche Schutzfunktion der Lieschen oder Seiden durchbrochen wird und damit eine
Infektion ungehindert erfolgen kann. Auch aufgeplatzte oder beschädigte Körner sind
anfälliger. Untersuchungen von Lew at al. (1991) zeigten z.B., dass die Larve des
Maiszünslers durch ihre Freßschäden eindeutig einen Befall mit F. subglutinans
begünstigte.
Morphologische Kriterien wie hängende Kolben oder nur locker anliegende
Lieschen sollen eine Infektion erschweren.
11
Andererseits fördern aufrechte Kolben und eng anliegende Lieschen eine
Erkrankung (Enerson und Hunter, 1980). Physiologische Faktoren können auch einen
Einfluss auf eine Infektion ausüben: so sollen Körner, die rascher reifen eine geringere
Anfälligkeit besitzen, da sie dem Pilz eine kürzere Zeit zur Infektion bieten. Auch indirekte
Resistenzmechanismen, wie eine erhöhte Resistenz gegenüber Insekten, können zu einer
Verminderung der Anfälligkeit führen.
2.6.
Kontrolle von Kolbenfusariose
Eine direkte Bekämpfung der Kolbenfäulen im Bestand ist nicht möglich. Die
weitere Ausbreitung der Fäule im Lager muss durch unmittelbar nach dem Drusch
einsetzende Trocknung unterbunden werden.
Weitere Maßnahmen die ein Auftreten der Kolbenfäule verhindern sollen, sind eine
optimale Standort- und Sortenwahl auch in Bezug auf die Stengelbruchresistenz, eine
möglichst rechtzeitige Ernte, eine ausgeglichene Düngung, eine vielseitige Fruchtfolge
und eine mischende und wendende Bodenbearbeitung (Hurle et al., 1996).
Die Wahl und der Anbau einer resistenten Sorte zählt zu den biologischen oder
integrierenden Maßnahmen gegen Krankheiten wie Fusarium und bietet daher eine
günstige Möglichkeit zur Ertragssteigerung und vor allem Qualitätssteigerung bei der
Maisproduktion. Hierbei werden so genannte biologische Abwehrmechanismen, die auf
bestimmten Resistenzgenen lokalisiert sind aktiviert. Je nach Sorte bzw. Genotyp,
unterscheiden sich die Resistenzeigenschaften und damit auch die Widerstandskraft einer
Sorte gegenüber einem Krankheitsbefall.
Schwere Schäden durch Fusarium treten oft in Gebieten mit hohen
Monokulturanteil auf, oder wenn Weizen nach Mais angebaut wird und vice versa. Daher
soll auf eine ordentliche Fruchtfolge geachtet werden, das bedeutet jene Pflanzen, die als
Zwischenwirte für das Pathogen in Frage kommen nicht in die Fruchtfolge mit
einbeziehen.
Weiters ist auch eine sachgemäße Bodenbearbeitung sinnvoll, befallene
Pflanzenteile sollten in den Boden eingepflügt werden und eine Stickstoffüberdüngung
vermieden werden (Snijders, 1994). Bei der Wahl der Sorten sollten jene mit bereits
bekannten guten Resistenzeigenschaften gewählt werden, die auch nicht zu spät reifen.
2.7.
Resistenzmechanismen der Maispflanze
Es gibt drei verschiedene Infektionswege, auf denen Fusarium spp. die
Maiskolben befallen kann:
1. durch auf den Seiden landende und keimende Pilzsporen und die Seiden
hinunter wachsendem Pilzmyzel um die Körner und die Spindel zu infizieren.
(Koehler, 1942)
2. durch Insektenfraß, Vögel oder Hagel verursachte Verletzungen der Lieschen
und Körner direkt in den Kornbereich (Sutton, 1982)
3. einige Fusarienarten sind auch systemisch, z.B. F. verticillioides, und können
den Kolben durch infizierte Stängel befallen (Foley, 1959; Munkvold et al.
1997b).
Welcher Infektionsweg wichtiger ist hängt von der vorherrschenden Fusarienart und
dem Insektendruck in der gegebenen Umgebung ab.
12
In manchen Umgebungen hängen Ausbrüche von Kolbenfusariose mit einer
Infektion durch die Seiden zusammen und in anderen Umgebungen, wo maisanbohrende
Insekten ein Problem darstellen und nicht durch andere Maßnahmen kontrolliert werden,
ist die Infektion durch die Körner vorherrschend. Der Seidenkanal, die Lieschen und die
Körner bilden somit eine mechanische Barriere, die der Pilz überwinden muss, um ins
Innere des Kolbens eindringen zu können, und um sich dort weiter auszubreiten.
Eine Resistenz gegenüber Fusarium bei Mais wird daher von zwei
Hauptkomponenten bestimmt (Snijders, 1994):
1. Eine Resistenz gegen das Eindringen des Pathogens über die Seiden und
den Seidenkanal (= Eindringungsresistenz / „resistance to initial
penetration“)
2. Eine Resistenz gegen einer weiteren Ausbreitung des Erregers nach
bereits stattgefundener Verletzung der Kolben (= Ausbreitungsresistenz /
„resistance to spreading of the pathogen in host tissue“)
Bei einer Prüfung der Hybridsorten auf ihre Resistenzeigenschaften gegenüber
Kolbenfusariosen, müssen beide Infektionswege untersucht werden, da diese
Resistenzfaktoren nicht miteinander gekoppelt sind (Reid und Hamilton, 1996).
2.8.
Inokulationsmethoden und Resistenzkomponenten
Obwohl Fusarien durch ihre Mykotoxinbildung zu hohen Qualitätsverlusten führen,
ist ein Befall unter natürlichen Umweltbedingungen stark schwankend und von einer
Saison zur nächsten relativ sporadisch. Daher sind auch für die Untersuchung von
Resistenzverhalten verschiedener Hybridsorten geeignete Methoden notwendig, um bei
einem Feldversuch sichere und vergleichbare Infektionen an verschiedenen Orten und zu
bestimmten Zeiten zu erzielen.
Da der Schweregrad der natürlichen Infektion von Jahr zu Jahr Schwankungen
unterliegt, muss man um auf künstliche Inokulationsmethoden zurückgreifen um das
Pflanzenmaterial mit Pilzsporen zu inokulieren (Schaafsma et al., 1997). Der einzige Weg
um auf Gibberella-Kolbenfäule (GER) zu überprüfen ist im Feld. Zufriedenstellende
Befallsgrade und eine verlässliche genotypische Differenzierung wurden unter
Glashausbedingungen noch nicht erreicht und es gibt auch keine Labortechnik oder
Keimungstest der verwendet werden könnte um auf Resistenz zu testen die in
ausgewachsenen Pflanzen gefunden wird (Reid et al., 1996a).
Derzeit hebt die Literatur die Seidenkanalmethode der Inokulation gegenüber der
Körnerverwundungsinokulation durch kolonisierte Zahnstocher oder Injektion einer
Sporensuspension hervor. Beide Methoden resultieren in einer Ausbreitung der Infektion
von infizierten Körnern zu benachbarten Körnern: mit der Seidenkanalmethode muss sich
die Infektion erst durch die Seiden hin zu den Körnern ausbreiten. Welche der beiden
Methoden auch Verwendung findet, als erstes muss der Hauptinfektionsweg der jeweiligen
Fusariumart in der aktuellen Region ermittelt werden.
Die Methoden zur künstlichen Inokulation und die Evaluierung der Resistenzen sind
sowohl für die Gibberella-Fäule als auch für die Fusarium-Fäule und für die verschiedenen
anderen Fusariumarten die selben. (Löffler et al., 2010a; Reid et al., 2002, 2009).
Maiszüchter können bis heute nicht auf ein geeignetes Merkmal gegen Kolbenfäule
durch Fusarien selektieren. Um dennoch die verschiedenen Resistenzverhalten der
Hybride darzulegen, werden Sorten an Orten mit bekannt hohem Infektionsdruck
angebaut.
13
Nach Abreife der Hybride folgt eine visuelle Bonitur der Pflanzen, und eine relative
Resistenz der einzelnen Sorten wird für den Zeitpunkt festgelegt (Farrar und Davis, 1991).
Da jedoch das Auftreten der Kolbenfäule unter natürlichen Infektionsdruck im Feld stark
variieren kann, wird eine Methode, die eine künstliche Epidemie hervorruft und dadurch
die Selektion von resistenteren Sorten ermöglicht bevorzugt.
Allgemein könne die Inokulationsmethoden für Kolbenfäule bei Mais in zwei
Methoden unterteilt werden:
1. Inokulation mit mechanischer Verletzung (Methode 1)
(=> Messung der Ausbreitungs- oder Körnerresistenz nach Verletzung der Körner)
2. Inokulation ohne mechanische Verletzung (Methode 2)
(=> Messung der Eindringungs- oder Seidenresistenz über den Seidenkanal)
Eine weitere Differenzierung ergibt sich aus dem Inokulationszeitpunkt und der
Inokulationsstelle am Kolben.
Methode 1 bezieht sich auf die Zahnstocher-Methode und dessen Abwandlungen,
die erstmals von Young (1943, siehe Snijders, 1994) beschrieben wurde. Etwa zehn Tage
nach 50%igem Seidenschieben werden die Kolben inokuliert. Dies geschieht mit einem
Fusarium inokuliertem Zahnstocher, Kügelchen oder Nagel, die durch die Lieschen in die
Mitte des Maiskolbens gebohrt werden, wo sie bis zur Abreife steckenbleiben können
(Gulya et al., 1980). Hierbei kann nach erfolgreicher Infektion die Ausbreitungsresistenz
der Pflanze evaluiert werden.
Bei der Arbeit mit dieser Methode konnten bereits mehrere Fortschritte erzielt
werden (Mesterházy, 1982, 1983). Die Zahnstocher werden drei Mal in kochendem
Wasser entionisiert um Tannine und andere das Pilzwachstum inhibierenden
Komponenten auszuwaschen. Danach werden sie getrocknet und für eine Stunde in ein
geeignetes flüssiges Medium (z.B. Czapek-Dox) in einem Erlenmeyerkolben eingetaucht.
Das meiste des Mediums wird dann weggelehrt bis auf 5 - 10 mm Mediumtiefe im Kolben
um eine hohe Feuchtigkeit zu gewährleisten; danach wird der Zahnstocher für eine Stunde
bei 120°C autoklaviert. Ein kleiner Teil des Myzels wird in den sterilisierten Kolben
gegeben und drei Wochen später ist der Pilz durch die Zahnstocher gewachsen, welche
dann bereit zur Verwendung sind (Mesterházy, 1982, 1983). Die Zahnstocher werden im
Allgemeinen zur Inokulation der Kolben auf zwei Arten verwendet (Plienegger und
Lemmens, 2002; Reid et al., 1996a):
1. Einstecken in die Mitte des Kolbens (Körnerresistenz) oder
2. Einstecken in den Seidenkanal (Seidenresistenz)
Nach 7 bis 9 Wochen wird der Schweregrad der Infektion über den Anteil der
sichtbar infizierten Körner entweder direkt oder mittels einer
Boniturskaler ermittelt
(Enerson and Hunter, 1980; Mesterházy, 1978; Reid et al., 1996a).
Eine der Nachteile der Seidenkanalmethode zur Resistenzermittlung ist bei
Maisgenotypen bei denen die Kolbenspitze aus den Lieschen herauswächst wodurch der
Zahnstocher herausfällt und so den Schweregrad der Infektion reduziert.
Eine andere Kritik an der Zahnstochermethode ist, dass die Infektionsgrade zu
hoch sein können, da der Zahnstocher selbst ein Substrat fürs Pilzwachstum wodurch die
Körnerinokulation in einer schweren Infektion sowohl mehrerer Körner als auch der
Spindel resultiert.
Inokulationen der Methode 2 verwenden eine Sporensuspension, die entweder auf
die Seiden gesprüht wird oder im Seidenkanal injiziert wird.
14
Dabei werden die Seiden entweder unbedeckt gelassen (Gulya et al., 1980), oder
sofort nach Inokulation mit befeuchtetem Papier umwickelt und eingesackt (Ullstrup,
1970). Diese Methode soll eine natürliche Infektion am Feld nachahmen und
Resistenzunterschiede bezüglich des Eindringungswiederstands des Genotyps
verdeutlichen.
Die Menge an injiziertem Inokulum kann von einigen μl bis zu 5 ml variieren, wobei
die größeren Mengen für die Seidenresistenz verwendet werden (Reid et al., 2006a,
2009). Die Konidienkonzentration kann variieren: (Presello et al., 2008 and Löffler et al.,
2010a) verwendeten 1x106 Konidien/ml für Fusariumfäule, während (Löffler et al., 2010a)
1x105 für die Gibberellafäule verwendet.
Ausreichend Feuchtigkeit in den Seiden und an den Körnern ist für ein Auskeimen
der Konidien und eine weitere Ausbreitung der Infektion am Kolben unbedingt notwendig,
da bei einer Austrocknung der Seiden keine bis geringe Infektionen zu erwarten sind.
2.9.
2.9.1.
Molekulare Genetik und QTL-Mapping
QTL-Mapping für Resistenz gegen Gibberellafäule
In einer F5 RIL Population hat Ali et al. (2005) 11 QTL für Kolbenfäule nach einer
Seideninokulation und 18 QTL nach Körnerinokulation (welche 6 - 35% der
phenotypischen Variation erklären) gefunden. Es konnten aber nur 2 QTL gefunden
werden welche quer durch die Umgebungen aktiv für Seidenresistenz waren und nur 1 für
Körnerresistenz was einen starken Umgebungseinfluss zeigt. Die Mehrheit der günstigen
Allele kommt vom resistenten Elter CO387. Es konnten an die 100 Gene identifiziert
werden, darunter jene für Chitinase und Proteinkinase welche ähnlich wie jene Genmarker
waren die gemeinsam mit den QTL für Fusariumresistenz abgegrenzt wurden. Erst
kürzlich hat Martin et al. (2011a, b) am gleichen Ort lokalisierte QTL für Gibberellafäule
und reduzierte DON-Mengen in verschiedenen Mapping-Populationen identifiziert.
2.9.2.
QTL-Mapping für Resistenz gegen Fusariumfäule
Eller et al. (2008b) hat festgestellt, dass Fusariumresistenz von mehreren Genen
bestimmt wird. Robertson-Hoyt et al. (2006c) testeten zwei Populationen auf Resistenz
gegen F. verticillioides. In der Fusariumfäule-Population wurden 7 QTL identifiziert welche
47% der phenotypischen Variation erklären und 9 für den Fumonisingehalt welche 67%
der Variation erklären. In der NCB Population erklärten 5 QTL 31% der
Fusariumfäulevariation und 6 QTL mit 3 epistatischen Interaktionen erklärten 81% der
phenotypischen Variation.
In den beiden Populationen wurden 3 QTL für Fusariumfäule und 2 für Fumonisin
an ähnlichen Positionen kartiert. Jene QTL, die auf den Chromosomen 4 und 5 lokalisiert
sind, schienen in beiden Populationen übereinzustimmen.
Ding et al. (2008) testeten eine RIL Population bestehend aus 187 Genotypen auf
Resistenz gegen F. verticillioides. Die Phenotypisierung wurde in 4 verschiedenen
Umwelten durchgeführt (Orte-Jahre-Kombinationen). Bei 2 QTL am Chromosom 3 wurde
eine Stabilität über mehrere Umwelten festgestellt. Das Haupt-QTL erklärte 13 bis 22 %
der phenotypischen Variation für Resistenz gegen Fusariumfäule. Perez-Brito et al. (2001)
identifizierten 9 und 7 QTL in zwei Populationen, drei von diesen waren ortsgleich
angeordnet. Kozhukhova et al. (2007) fand einen codominanten Marker „RGA11“ am
kurzen Arm von Chromosom 1 für Resistenz gegen Fusariumfäule bei 18.3 cM zum
Resistenzort in einer F2-Population.
15
2.9.3.
Zusammenhang zwischen QTL für Resistenz gegen Fusariumfäule, gegen
andere Kolbenfäulen und ackerbaulichen Eigenschaften
Robertson-Hoyt et al. (2007a) fanden dass QTL für Resistenz gegen F.
verticillioides auch gegen A. flavus effektiv waren. Die genotypische Korrelation zwischen
den Kolbenfäuledaten der beiden Pathogene (rG = 0,99) war sehr eng. Am Chromosom 5
wurde ein QTL mit großem Effekt identifiziert. Die Resistenz-QTL gegen A. flavus und F.
verticilioides waren zeitweise gekoppelt auf den selben Chromosomen. Es wurde
berücksichtigt, dass ein genetisches kartieren mit feiner Gradeinteilung notwendig sein
wird um verknüpfte QTL zu unterscheiden, so wie jene in einem Resistenzcluster von
pleiotropischen QTL welche die Resistenz beeinflussen. Dies unterstützt das Bild der
allgemeinen Resistenz gegen verschiedene Fusariumarten (Robertson-Hoyt et al., 2007b).
Robertson-Hoyt et al. (2007b) kartierten 2 Fumonisin-QTL zu ähnlichen Positionen
wie denen für Getreideertrag, aber diese 2 QTL wurden zu eindeutigen genomischen
Positionen kartiert. Es konnten keine engen Beziehungen zwischen der Resistenz und
ackerbäulichen Eigenschaften gefunden werden und die Selektion auf höhere Resistenz
sollte daher keine übermäßigen Effekte auf die ackerbäuliche Effizienz haben. Ein neuer
Versuch ist die Meta-Analyse von QTL welche mit der Resistenz gegen Kolbenfäule
verbunden sind (Xiang et al., 2010). Die Daten von 14 Studien welche F. graminearum, F.
verticillioides und A. flavus QTL representieren wurden analysiert; Resistenz-QTL gegen
diese drei Pilze waren auf den selben Chromosomen zusammengefasst. Diese Daten
scheinten die Idee der gemeinsamen Resistenz auf QTL-Ebene zu unterstützen.
Von den 87 individuellen QTL wurden 29 meta-QTL identifiziert bei denen je 2 - 6
individuelle QTL zusammengefasst waren. Eine Resistenzquelle kann bei verschiedenen
Gruppen mitwirken, z.B. beeinflusste CO387 18 der 27 meta-QTL (Mesterházy et al.,
2.9.4.
Molekulargenetik von Gibberella-Kolbenfäule und Mykotoxinanreicherung
Yuan et al. (2008) fanden ein Guanylylzyklase ähnliches Gen (Zmgc1) welches
Resistenz gegen G. zeae sicherstellt; es ist beinahe ident mit einem Resistenzgen der G.
zeae Resistenzlinie CO387. Jenczmionka und Schaefer (2005) beschrieben Gpmk1 MAPKinase Unterbrechungsmutanten und folgerten, dass der Infektionsprozess mit der
Aussonderung von Zellwand abbauenden Enzymen, insbesondere während der frühen
Infektionsstadien, zusammenhängt. Igawa et al. (2007) testeten ein ZEA
Entgiftungsenzym in transgenen Pflanzen. Es wurde in der Vegetationsperiode exprimiert
und war auch bis zu 16 Wochen während der Einlagerung aktiv. Das Problem ist, dass die
Krankheit nicht oder nur gemäßigt unterdrückt war und andere Toxine Mais kontaminieren
könnten.
2.9.5.
Molekulargenetik von Fusarium-Kolbenfäule und Mykotoxinanreicherung
Resistenz gegenüber Kolbenfusariosen ist quantitativ und wird polygenetisch
vererbt, eine komplette Resistenz einer Pflanze wurde jedoch bisher nicht entdeckt
(Snijders, 1994).
Vielmehr bestimmt die Interaktion zwischen Wirtspflanze, Pathogen und
Umweltbedingungen das Ausmaß der Infektion.
Alexander et al. (2009) verglichen die Biosynthese von Trichothecene und
Fumonisin und folgerten, dass die Gene welche an diesen Prozessen beteiligt sind unter
Umständen zur Erhöhung der Resistenz gegen Krankheiten und Reduktion der
Toxinanreicherung verwendet werden könnten.
16
Lanubile et al. (2010) fanden dass in einer Resistenzlinie, die untersuchten, in
Beziehung zur Resistenz stehenden Gene (b-Tubulin und FUM21 Gene von F.
verticillioides) in großen Mengen vor der Infektion transkribiert wurden und eine
Basisabwehr gegen diesen Pilz bereitstellten. In der empfindlichen Linie, werden die
selben Gene qualitativ von einem Basislevel induziert und reagieren spezifisch auf die
Pathogeninfektion.
Zhang et al. (2011) identifizierten das FvMK1 mitogenaktivierte Proteinkinasegen in
F. verticillioides welches die Konidienproduktion, die Pathogenese reguliert und auch die
Aktivität der FUM1 und FUM8 Gene herabsetzt.
2.9.6.
Verwendung der QTL-Kartierung in der praktischen Züchtung
Die Existenz der Meta-QTL ändert nichts an der Tatsache, dass die meisten der
bisher gefunden QTL nicht bestätigt sind und nur kleine Effekte haben (Eller et al., 2008;
Robertson-Hoyt et al., 2006c, 2007a). Die 19 Meta-QTL (Xiang et al., 2010) erklären einen
Großteil der Resistenzen, aber die individuellen QTL haben nur kleine Effekte. Nur 1 oder
2 QTL können in Betracht gezogen werden mittlere bis große Effekte zu haben
(Robertson-Hoyt et al, 2007a). Deren additiver (in einigen Fällen epistatischer Effekt)
scheint gesichert zu sein. Folglich, ist ihre Verwendung für markergestützte Selektion
eingeschränkt. Weitere Komplexität ergibt sich aus der Tatsache, dass in einigen Hybriden
ein mütterlicher oder väterlicher Effekt dominant war. Der Hybrideffekt kann bis zu einem
gewissen Umfang erklärt werden, aber die Resistenzgrad in Hybriden kann nicht mit
äußerster Gewissheit vorhergesagt werden. Dies ist ähnlich der Situation bei Weizen
(Buerstmayr et al., 2009). Die Ergebnisse von Wilde et al. (2007) bei Weizen zeigten, dass
markergestützte Selektion resultierte in einer zweizählig höheren Prädisposition in den
Nachkommen als in der phenotypisch selektierten Variante.
Wir ziehen in Betracht, dass eine starke Selektion auf erhöhte Resistenz neues
Material für die Entwicklung neuer Kartierungspopulationen bringen könnte, was 1) die
Bestimmung neuer QTL mit stärkeren Effekten oder 2) die Identifizierung von QTL welche
eine transgressive Abspaltung ermöglichen würde.
2.10.
Aspekte der Pflanzenzucht
Die Entwicklung genetischer Resistenz gegen F. graminearum, F. verticillioides
und andere Fusariumarten in Mais sollte eine hohe Dringlichkeitsstufe sein in anbetracht
der Toxine, mit welchen diese Arten die Maispflanzen kontaminieren (Munkvold 2003b,
Reid et al. 1996a). Duvick (2001) schlug drei theoretische Annäherungen die FumonisinKontamination zu verringern vor. Resistenz wird zuerst genannt, aber die Resourcen
mögen begrenzt sein. Molekulare Marker können ebenfalls angewandt werden um QTL zu
identifizieren, aber bestätigte Marker mit hohen Effekten sind selten. Eine zukünftige
Möglichkeit wäre es Resistenzgene in Mais zu transferieren und auf diesem Weg eine
höhere Resistenz zu gewährleisten, aber zur Zeit sind keine Resistenzgene verfügbar.
Presello et al. (2005) schlug die Stammbaumselektion vor um die Resistenz gegen F.
graminearum zu verbessern. Sowohl Seiden- als auch Körnerresistenz wurden
untersucht: Die Selektion auf Körnerresistenz war effektiver und die Selektion auf
Seidenresistenz stabiler. Reid et al (2001ab, 2003) verwendete eine modifizierte
Stammbaumselektion um 8 Nachkommen mit GER Resistenz zu züchten, einige mit
hohen Graden an Seiden- und Körnerresistenz. Deutsche Forscher verwenden die
Doppelhaploidentechnologie um GER resistente Nachkommen zu züchten (Martin et al.,
2011b).
17
Robertson-Hoyt et al. (2007a) fanden keine enge Korrelation zwischen FER
Resistenz und anderer Eigenschaften wie z.B. dem Ertrag; deshalb hoffen sie dass eine
strenge Selektion auf Resistenz nicht in einem niedrigeren Ertrag und anderen
unerwünschten Konsequenzen resultieren wird. Reid et al. (2003) entwickelten eine
Inzuchtlinie, CO441, mit hoher Resistenz gegen GER und exzellenter
Kombinationseignung für Ertrag. Mesterházy et al. (2000) berichteten dass resistente
Hybriden gezüchtet werden können, wenn beide Eltern gute oder exzellente
Resistenzeigenschaften hätten;
andererseits kann die Höhe der Resistenz in den
Hybriden nicht mit hoher Genauigkeit vorhergesagt werden.
Die Züchtung auf Kolbenfäuleresistenz beinhaltet zwei wichtige Schritte. Munkvold
(2003a) legt den Schwerpunkt auf die Identifikation und Verwendung natürlicher
Resistenzquellen. Züchtungsprogramme könnten auf diesen Quellen aufgebaut werden,
weil sie bereits angepasst und in den Züchtungsstationen verfügbar sind.
De Oliveira et al. (2009) fügten hinzu, dass wertvolles Züchtungsmaterial unter den
Landrassen gefunden werden kann; allerdings kann die Züchtung mit Landrassen
zeitaufwendig sein, weil viele unerwünschte Eigenschaften zuerst weggezüchtet werden
müssen. Die Züchtung kann ausgehend von Kreuzungshybriden, welche zwei oder mehr
Linien mit guter Resistenz beinhalten, oder bereits existierenden Hybriden mit geprüfter
ausgezeichneter Resistenz gestartet werden, vorausgesetzt dass keine proprietären
Probleme involviert sind die eine Verwendung der Hybriden in Züchtungsprogrammen
beschränken würden.
In den meisten Inzucht-Züchtungsprogrammen erfolgt die Prüfung der
Kombinationseignung in den S3, S4 oder späteren Generationen, demzufolge kann die
erste Resistenzevaluation von Testkreuzungen erst zu dieser Zeit erfolgen. Allerdings
berichteten Löffler et al. (2010b), dass viele Inzuchtlinien anfällig wären obwohl der
Infektionsdruck während der Inzüchtung nicht stark genug war. Reid (1999) sammelte
Protoplasma von rund um der Welt (angepasstes und nicht angepasstes) mit mittlerer bis
hoher Resistenz gegen verschiedene Kolbenpathogene, aber es wurden keine Angaben
gemacht wie die Inzuchtlinien hergestellt wurden. Allerdings wie in Reid et al. (2001ab,
2003) hingewiesen wird, wurden Inzuchtlinien in jeder Generation ihrer Entwicklung
inokuliert mit der Ausnahme von wenigen Generationsfortschritten die in nicht-saisonalen
Winterzuchtstationen erreicht wurden.
Einige dieser Inzuchtlinien resultierten von Kreuzungen zwischen resistenten
Inzuchtlinien und Inzuchtlinien mit guter ackerbäuerlicher Leistung, andere Inzuchtlinien
wurden geselbstet außerhalb von reziproken wiederkehrenden Populationen, welche
Gegenstand intensiver Evaluierungen auf Inokulation mit künstlichen Inokulums und
Toxinen sind. Eller et al. (2010) berichteten auch über Inokulation während der Inzucht;
Sie schlossen dass die Rückkreuzungsmethode, die normalerweise dazu verwendet wird
um einzelne Hauptgene zu transferieren, ebenfalls zur Verbesserung der Resistenz gegen
FER erfolgreich war. Das mag für Haupt-QTL-Gene zutreffen, aber für die normalerweise
polygenischen Eigenschaften ist sie weniger geeignet da QTL verloren gehen könnten. In
diesem Fall mag die reziproke sich wiederholende Selektion vorgeschlagen von Boling
und Grogan (1965) besser funktionieren. Bolduan et al. (2010) schlugen vor, dass der
Fokus mehr auf dem Testen der Hybriden als auf Inzucht liegen sollte.
Künstliche Inokulationsmethoden müssen extensiv beim Testen neuer Hybriden und
ihrer Eltern eingesetzt werden. Zur Zeit verwenden die meisten Züchter eine
Konidiensuspension, aber Zahnstocher werden auch von einigen verwendet. Das
Interesse an künstlicher Inokulation wächst. Es ist auch interessant, dass sich der
Fumonisingehalt als verlässlichere Eigenschaft bestätigt hat als visuelle Auswertung (Eller
et al, 2008). Für beide Kolbenfäulen ist die Korrelation zwischen den sichtbaren
Symptomen und der Fumonisinkontamination bis auf wenige Ausnahmen eng.
Demzufolge werden die sichtbaren Auswertungen fürs Screening vorgeschlagen.
18
Um die Toxinreaktion der neuen Hybriden zu verifizieren, sollten die Toxine am
Ende des Züchtungsprozesses evaluiert werden (Bolduan et al. 2009). Viele Züchter
überprüfen entweder nur auf GER oder nur auf FER und einige überprüfen auf beide.
Löffler (2010a) und Miedaner et al. (2008) testen Inzuchtlinien und Hybriden an
mehreren Orten mit einem einzigen Isolat oder einer Mischung von Isolaten. Da keine
Spezialisierung bekannt ist, existiert theoretisch kein Unterschied zwischen einzelnen
Isolaten und Mischungen von Isolaten der selben Fusariumart. Deshalb sollten die Isolate
getrennt verwendet werden, und so kann (im Fall von vier z.B. Isolaten) der Betrag an
Resistenz präziser untersucht werden als mit einer einzelnen ansteckenden Situation.
Eben deshalb werden Resistenzuntersuchungen zwei bis drei Jahre lang
durchgeführt (Kovács et al. 1988, Mesterházy 1983).
Einige bevorzugen Isolatmischungen um die Möglichkeit, dass ein einzelnes Isolat
in einer gegebenen Feldsituation weniger aggressiv ist, zu vermeiden was zu einem
Krankheitsbefall führen würde der zu niedrig wäre um exakte Resistenzuntersuchungen
über zwei bis drei Jahre durchzuführen (Ried et al. 1993). Eine Mischung von Isolaten
reduziert die Umgebungsinteraktion. Der Grad an Resistenz wird der Mittelwert der
Resistenzgrade bei Verwendung von mehreren Isolaten sein sodass das Ausmaß an
Resistenz deshalb besser eingeschätzt werden kann. Eine Vorselektion der Isolate auf
Aggressivität ist sehr wichtig (Miedaner et al. 2009). Da die Aggressivität variiert
(Mesterházy 2000) erhöht die Verwendung mehrerer Isolate die Verlässlichkeit der
Evaluierungen.
3.
3.1.
Material und Methoden
Maishybriden
Die Inokulationsversuche wurden im Zeitraum von sieben Monaten von April bis
Oktober 2011 auf dem Versuchsgelände des IFA Tulln durchgeführt. Um Vergleiche
zwischen den Resistenzverhalten zu ermöglichen, und auch gleichzeitig Eigenschaften
und Wirkung der Inokula zu überprüfen, wurden zusätzlich zu den gängigen
österreichischen Genotypen auch bekannt anfällige Sorten, als auch Hybride, die bereits
aus früheren Versuchen eine hohe Resistenz gegenüber Kolbenfusariosen zeigten, mit
angebaut. Tabelle 3.1. zeigt sämtliche verwendeten Genotypen.
Es wurden 19 Genotypen von Saatbau Linz (SBL1 bis SBL19) und 18 Genotypen
von Cereal Research Non-profit Ltd. (GK1, GK3 bis GK13 und GK15 bis GK20) zur
Verfügung gestellt. Diese Genotypen variieren alle in der Resistenz.
3.2.
Versuchsaufbau für die Resistenzuntersuchung mit künstlicher
Inokulation
Sämtliche Versuchsorte wurden in Tulln in Form einer Spaltanlage mit drei
Wiederholungen angelegt, die dabei entstandenen Parzellen waren zweireihig und jeweils
8,2 m lang. Jeder Genotyp wurde in zwei Reihen zu ungefähr fünfzig Einzelpflanzen mit
einer Einzelkornsähmaschine angebaut. Der Abstand in der Reihe betrug 17cm und
zwischen den Reihen wurden 75cm Platz freigelassen um eine gezielte Inokulation und
problemlose Bonitur zu ermöglichen. Drei weitere Wiederholungen für jeden Einzelnen
Genotyp wurden nach dem selben Prinzip zusätzlich angelegt. Insgesamt wurden daher
rund 300 Einzelpflanzen pro Genotyp auf ihre Körnerresistenzeigenschaften hin
untersucht.
Vor jedem neuen Genotyp (jeweils nach zwei Reihen) wurde eine
Kennzeichnungsplakette in den Boden gesteckt, um spätere Verwechslungen der Sorten
auszuschließen.
19
Nach 50%igem Seidenschieben wurde dieses Etikett der entsprechenden
Hybridsorte markiert, um den Inokulationszeitpunkt zu fixieren. Danach wurden die
einzelnen Pflanzen bis zur Inokulation nicht weiter behandelt.
3.3.
Versuchsaufbau für die Untersuchung der natürlichen Infektion
Zur Kontrolle wurden auch sämtliche Genotypen in 8,2m langen Parzellen in Form
einer Blockanlage unter natürlichen Umweltbedingungen angebaut. Es wurden pro Sorte
zwei Reihen zu je fünfzig Einzelpflanzen angelegt und eine zweite Wiederholung analog
durchgeführt. Zwischen 40 und 50 Pflanzen wurden pro Wiederholung auf typische
Krankheitssymptome hin untersucht und zwecks Vergleiche mit Daten der künstlichen
Inokulation notiert. Sämtliche Bonituren der natürlichen Infektion fanden nach Abreife der
Sorten statt. Der gesamte Versuch wurde von einem Maismantel umgeben, um
Randeffekte und äußere Einflüsse möglichst gering zu halten.
3.4.
Herstellung und Eigenschaften der Isolate
Fusarienisolate (F. graminearum, ein Desoxynivalenil (DON) und Zearalenon
(ZON) Produzent, und F. culmorum, ein DON-Produzent, F. verticillioides ein
Fumonisinproduzent) wurden für die künstlichen Inokulationsversuche verwendet. Die
Isolate für die Inokulumproduktion wurden aus Dauerkulturen, welche in sogenannte
Erdröhrchen über mehrere Jahre aufbewahrt werden (Dhingra und Sinclair, 1985),
entnommen und isoliert.
Für Infektionsversuche am Feld werden größere Mengen an Inokulum benötigt,
welche mit der Bubble-Breeding Methode nach Mesterházy und Rowaished (1977)
hergestellt werden können. Die benötigten Fusariumspezies (in diesem Fall F.
graminearum und F. verticillioides) wurden in ein Gefäß mit sterilem flüssigem
Mungbohnen-Nährmedium überimpft. Anschließend wurden die Gefäße bei
Zimmertemperatur eine Woche lang mit steriler Luft durchblasen. In dieser Zeit bildete sich
genügend gebrauchsfertiges Makrokonidien-Inokulum (F. graminearum) oder eine
Mischung von Makro- und Mikrokonidien Inoculum (F. verticillioides).
Die Anzahl der enthaltenen Makro- und Mikrokonidien wurde mit Hilfe der BürkerThomas Zählkammer ermittelt. Eine genaue Übersicht der verwendeten Pathogene für die
jeweilige Resistenzuntersuchung, ist aus der Tabelle 3.1. zu entnehmen.
Tab. 3.1.: Eigenschaften der Inokula für die Körnerresistenzuntersuchung
Isolat
Fusarium Spezies
Ursprung
Lebende
Vermehrungseinheiten / ml
1
Fusarium verticillioides
Zea mais
2 * 106 (Konidien)
2
Fusarium graminearum
T. durum
5 * 105 (Konidien)
Zur Herstellung der mit F. culmorum und F. verticillioides inkrustierten Zahnstocher,
wurden die Zahnstocher drei mal in kochendem Wasser entionisiert um Tannine und
andere das Pilzwachstum inhibierenden Komponenten auszuwaschen. Danach wurden
sie getrocknet und für eine Stunde in einen mit Czapek-Doxin befülltem Erlenmeyerkolben
eingetaucht. Das meiste des Mediums wird dann weggelehrt bis auf 5 - 10 mm
Mediumtiefe im Kolben um eine hohe Feuchtigkeit zu gewährleisten; danach wird der
Kolben mit den Zahnstochern für eine Stunde bei 120°C autoklaviert.
20
Ein kleiner Teil des Myzels der jeweiligen Fusarienart wird in den sterilisierten
Kolben gegeben und drei Wochen später ist der Pilz durch die Zahnstocher gewachsen,
welche dann bereit zur Verwendung sind (Mesterházy, 1982, 1983).
Um die Aggressivität der Inokula möglichst konstant zu halten, wurde jeweils nur
eine geringe Menge (ca. 150 ml für die Körnerresistenz) zur direkten Inokulation am Feld
verwendet. Der Großteil des Inokulums wurde in einer Kühlbox mit Kühlaggregaten
aufbewahrt und bei Bedarf in die jeweiligen Sprühflaschen oder Eintauchfläschchen
umgefüllt.
3.5.
Inokulationsmethoden
Die ersten 15 Pflanzen jeder Reihe einer Parzelle, bestehend jeweils aus 2 Reihen,
wurden etwa auf halber höhe des Kolbens mit einem Zahnstocher angestochen. Die
restlichen Pflanzen (ca. 25) wurden in den Seidenkanal injiziert. Insgesamt wurden 3
Parzellen inokuliert was 3 Wiederholungen entspricht.
Bei der Zahnstochermethode wurden sämtliche Hauptkolben einer Sorte eine
Woche nach 50%igem Seidenschieben inokuliert. Die Inokulation erfolgte mit der
klassischen Zahnstochermethode, bei der ein mit Inokulum bewachsener Zahnstocher
durch die Lieschen in etwa auf halber Höhe des Kolbens in den Kolben gesteckt wird.
Dabei wurden jeweils ca. 15 Maiskolben jeder Reihe mit einem Stechgerät (ca. 1 cm tief)
angestochen und danach ein Zahnstocher im Bohrloch abgelegt. Eine Reihe wurde mit F.
culmorum behandelt, die zweite Reihe mit F. verticillioides. Die Inokulation mit den
Zahnstochern erfolgte 10 Tage nach 50%igem Seidenschieben.
Von den restlichen Maiskolben wurde jenen jeder ersten Reihe eine F.
verticillioides Suspension und jenen jeder zweiten Reihe eine F. graminearum
Suspension in den Siedenkanal injiziert. Die Injektion der Fusariumsuspensionen, jeweils
2 ml, wurden 4 Tage nach 50%igem Seidenschieben etwa auf halber Höhe des
Seidenkanals durchgeführt.
3.6.
Bonituren der Krankheit
Die Bonitur der jeweiligen Sorte erfolgte nach Abreifen. Von jedem inokuliertem
Hauptkolben wurden direkt an der Pflanze die Lieschen entfernt und eine visuelle Bonitur
der Ausbreitung der Krankheitssymptome sowohl nach Injektion in den Seidenkanal als
auch nach mechanischem Verletzung der Körner durchgeführt. Hierbei wurden sowohl die
erkrankten oder verrotteten Körner (= schwere Befall), als auch das wachsende Myzel an
der Oberfläche der Körner bewertet (= leichte Befall). Daraus resultiert der zu
untersuchende Parameter „Prozent erkrankte Fläche“ für jeden Genotyp. Der
Gesamtbefall bildet sich aus der Summe des leichten und des schweren Befalls, wobei
sowohl der schwere als auch der Gesamt-Befall separat bewertet wurden. Der leichte
Befall wurde dann mittels Differenzbildung zwischen schwerem und Gesamtbefall in Excel
berechnet.
Die Schwere der Infektionen wurde mit Hilfe einer linearen Boniturskala evaluiert,
die auf der prozentuellen Fläche der erkrankten Körner und Myzelbildung am Kolben
basiert. Die genauen Bezeichnungen der Boniturwerte und die entsprechenden erkrankten
Flächen und Körner sind aus Tabelle 3.2. zu entnehmen. Es wird angenommen dass der
Kolben 500 Körner hat. Ein erkranktes Korn entspricht daher 0.2%. Bis zu 5 Körner
werden gezählt. Höhere Befallsflächen werden geschätzt.
21
Maiszünslerbefall wurde bei der Bonitur notiert und Kolben verletzt mit Maiszünsler
wurden aus den Analysen ausgeschlossen, weil durch die Einbohrlöcher welche vom
Maiszünsler verursacht wurden die verschiedensten Schadpilze eindringen konnten
wodurch 1) das Befallsergebnis verfälscht wurde und 2) der Befall nicht mehr eindeutig auf
einen der verwendeten Fusarien zurückzuführen war.
Tab. 3.2.: Zusammenhang zwischen Boniturwert und der jeweiligen in Prozent
ausgedrückten erkrankten Fläche am Kolben (KK = krankes Korn)
Boniturwert
BONITURSKALA DER KÖRNERRESISTENZ
% erkrankter Körner
Boniturwert
% erkrankter Körner
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
3
5
keine Erkrankung
0,2 % (= 1 krankes Korn)
0,4 % (=2 KK)
0,6 % (=3 KK)
0,8 % (=4 KK)
1 % (= 5 KK)
3 %
5 %
10
10 %
15
15 %
20
25
20 %
25 % (1/4)
35
35 % (1/3)
40
50
65
75
90
100
40 %
50 % (1/2)
65 % (2/3)
75 % (3/4)
90 %
100 %
Auch die natürlichen Infektionen wurden anhand dieser Bewertungsskale
bemessen, und Kontrollen der künstlichen Methoden mit natürlichen Infektionen
durchgeführt, um Korrelationen zu errechnen und dadurch die praktische Relevanz der
künstlichen Inokulationsmethoden zu überprüfen.
Bei den Bonituren wurden jeweils 3 Krankheitsparameter untersucht (siehe Tabelle
3.3.):
1) Prozentanteil erkrankter Kolben (%KK)
2) Prozentanteil erkrankter Fläche der befallenen Kolben (%KFKK)
3) Prozentanteil erkrankter Fläche gemessen über alle Kolben (%KFAK)
Tab. 3.3: Verwendete Parameter, Bedeutungen und Abkürzungen
Parameter
Bedeutung
Abkürzung
Prozentanteil erkrankter Kolben
Befallshäufigkeit
Prozentanteil erkrankter Fläche der Befallsstärke
befallenen Kolben
Prozentanteil erkrankter Fläche
Befallsintensität
gemessen über alle Kolben
Mittelwert
Durchschnitt aller Werte
Rang
Rang in der Resistenzrangreihung
Genotyp
Untersuchter Genotyp
%KK
%KFKK
Isolat 1
Isolat 2
Isolat 3
Summe
Iso 1
Iso 2
Iso 3
∑
F. graminearum
F. verticillioides
F. culmorum
Summe aller Werte
%KFAK
µ
R
G
22
3.7.
Statistische Datenverarbeitung
Die statische Auswertung der Boniturergebnisse wurde mit Hilfe von
Varianzanalysen (SAS Programm GLM) und Korrelationsberechnungen (SAS Programm
CORR) durchgeführt. Bei den verwendeten Daten handelt es sich um Werte aus einem
einjährigen Versuch.
Für sämtliche Auswertungen wurden die drei Parameter, Prozent erkrankte Kolben,
Prozent erkrankte Fläche der befallenen Kolben und Prozent erkrankte Fläche gemessen
über alle Kolben herangezogen.
Die Haupteffekte, die in den Varianzanalysen zur Sprache kommen sind
Wiederholungen, Genotypen und Isolate, ihre entsprechenden Abkürzungen W, G und I.
Der Lokationsparameter wurde als µ definiert, e entspricht dem Rest.
Das entsprechende Modell zur Messung der Varianzen der künstlichen
Inokulationen lautet:
Yij = μ + Gi + ei + Ij+ (G*I)ij +eij
Es handelt sich hier um eine Spaltanlage mit Hauptparzelle = Genotyp: Kleinparzelle =
Fusariumisolat und ei = Großparzellenfehler sowie eij = Restfehler.
Analog dazu wurde auch für die Varianzanalysen der natürlichen Infektionen ein
Modell aufgestellt:
Yi = μ + Gi + ei
wobei wiederum µ als Lokationsparameter dient und e dem Rest entspricht. G =
Genotyp .
Aus Tabelle 3.4. kann man jene Abkürzungen für die P-Werte ablesen, die für die
statistische Auswertung der Boniturdaten verwendet wurden.
Tab. 3.4. Abkürzungssymbole zur Wahrscheinlichkeitsberechnung
P-WERT
4.
BEZEICHNUNG
SYMBOL
P ≤ 0,001
sicher
***
P ≤ 0,01
hoch signifikant
**
P ≤ 0,05
signifikant
*
P > 0,05
nicht signifikant
n.s.
Ergebnisse
Nach künstlicher Inokulation sämtlicher Hauptkolben und nach natürlicher Infektion,
wurden die Prozentsätze erkrankter Kolbenfläche sowohl erfasst über alle Kolben
(%KFAK) als auch über erkrankte Kolben (%KFKK) und die Prozentsätze erkrankter
Kolben (%KK) bonitiert.
23
4.1.
Injektion in den Seidenkanal
Der erste Hauptfaktor „Genotyp“ zeigt sichere Unterschiede zwischen den
Genotypen für die Parameter %KFAK und %KFKK und für den Parameter %KK
signifikante Unterschiede für schweren Befall, aber keine Signifikanz für leichten Befall
(siehe Tabelle 4.1.). Ebenfalls sichere Unterschiede zeigten die Parameter %KFAK und
%KFKK und signifikante Unterschiede der Parameter %KK für den Gesamtbefall der eine
Summe von schwerem und leichtem Befall darstellt.
Der zweite Hauptfaktor Fusarium zeigt sowohl für alle drei Krankheitsparameter als
auch für die verschiedenen Symptome (schwer, leicht und gesamt) sichere Unterschiede.
F. graminearum zeigte mit einem µ von 49,33 mehr Aggressivität verglichen mit F.
verticillioides (µ = 3,99). F. verticillioides zeigte aufgrund seiner geringeren Aggressivität
verstärkt leichte Befallssymptome. Aufgrund der höheren Durchschnittsquadrate für den
Faktor Fusarium verglichen mit jenen für den Faktor Genotyp zeigt der Faktor Fusarium
viel größere Effekte auf die Gesamtvariation als die Genotypen.
Die Fusarium*Genotyp Interaktion zeigte sowohl für schwere und gesamte Infektion
bei %KFAK und %KFKK sichere Interaktionen aber keine signifikanten Interaktionen für
leichten Befall. Für den Parameter %KK konnten ebenfalls keine signifikanten
Interaktionen festgestellt werden. Da die Durchschnittsquadrate für die Fusarium*Genotyp
Interaktion die gleiche Größenordnung aufweisen wie jene für die Genotypen, hängt die
Resistenzrangreihung der Genotypen deutlich von den verwendeten Isolaten ab.
Die Wiederholungen zeigten für die Parameter %KFAK und %KFKK sowohl für
schwere als auch für Gesamtinfektion signifikante Unterschiede für den Parameter %KK
jedoch keine signifikanten Unterschiede. Bei leichter Infektion zeigten die Wiederholungen
für den Parameter %KFAK sichere Unterschiede und für %KK hoch signifikante
Unterschiede für %KFKK jedoch keine signifikanten Unterschiede.
Tab. 4.1.: ANOVA-Analysen für %KFAK, %KFKK und %KK nach Injektion in den
Seidenkanal. Die Werten sind Durchschnittsquadrate. (DF, Freiheitsgrade; %KFAK,
Prozentanteil erkrankter Fläche über alle Kolben; %KFKK, Prozentanteil erkrankter
Fläche über die kranken Kolben; %KK, Prozentanteil erkrankter Kolben). Für
Signifikanzangaben siehe Tabelle 3.4.
Quelle
Symptom Genotyp Wiederholung
DF
%KFAK
%KFKK
%KK
36
2
schwer
649,81***
964,68*
leicht
6,85 n.s.
44,81***
gesamt
679,04***
1.066,38*
schwer
633,91***
785,72*
leicht
119,22 n.s.
174,63 n.s.
gesamt
697,57***
842,50*
schwer
527,59**
leicht
gesamt
ei
Fusarium
70
1
Fusarium * Genotyp Restfehler
36
72
508,95***
209,90
7,10 n.s.
5,89
209,05 111.077,07***
522,43***
219,89
175,47 105.909,60***
512,03***
188,99
121,73 n.s.
101,39
185,15 122.790,22***
526,14***
192,67
660,36 n.s.
242,93 17.555,09***
368,46 n.s.
245,23
197,82 n.s.
1.104,93**
133,10 19.158,03***
212,97 n.s.
157,71
506,05**
676,97 n.s.
231,57 17.479,64***
362,84 n.s.
250,68
198,18 95.052,39***
4,44
72,54
105,86***
8.151,87***
24
In Tabelle 4.2. wurden sämtliche relevanten Ergebnisse zur Messung der Resistenz
der untersuchten Genotypen nach Injektion in den Seidenkanal zusammengefasst. Es
handelt sich hier um den Gesamtbefall (schwer plus leicht). Die 37 Hybriden in den
Spalten 2, 7 und 12 aufgelistet, wurden nach abnehmenden GesamtResistenzeigenschaften gereiht (Spalten 5, 10 und 15). In den Spalten 3, 4, 8, 9, 13 und
14 wurden jeweils die Werte für Isolat 1 und Isolat 2 aufgelistet. Die Ergebnisse der
Ausbreitung der Krankheitssymptome nach Injektion in den Seidenkanal, sind für die
Reihung der Genotypen maßgeblich. Die dazugehörigen Daten sind für jeden Genotyp in
der letzten Spalte, Mittelwert, über sämtliche Isolate abgebildet.
Dieser Mittelwert eines Genotyps entspricht der durchschnittlich erkrankten Fläche
aller Kolben in Prozent ausgedrückt. In den Spalten drei und vier sind die durchschnittlich
erkrankten Flächen nach verwendetem Isolat zusammengefasst.
In der untersten Zeile sind Mittelwerte der einzelnen Isolate und ein Mittelwert für
alle zwei verwendeten Isolate sowie die jeweiligen LSD0.05 Werte dargestellt. Für %KK,
war F. graminearum am aggressivsten mit im Mittel über alle Genotypen 90% erkrankten
Kolben, F. verticillioides zeigte nur 81% erkrankte Kolben. Der beste Genotyp war SBL 12
mit im Mittel 57% erkrankte Kolben (Mittel über beide Isolate). Am anderen Ende der Skala
Hybrid liegt GK6 mit %KK gleich 96.
Die für %KFKK sehr starke Ausbreitung von F. graminearum (im Mittel über alle
Hybriden 52,9% erkrankter Kolbenfläche wenn der Kolben erkrankt war), F. verticillioides
breitet sich nur sehr schwach aus (5,2% im Mittel). Erkrankte Kolbenfläche variierte bei F.
graminearum von 17.6% (SBL4) bis 97,3 (GK12) und für F. verticillioides von 0,8% (SBL12
und SBL1) bis 20.2 (Hybride GK6). Aus %KK und %KFKK wurde %KFAK (= Prozentanteil
erkrankter Körner im Erntegut) errechnet. %KFAK schwankt im Mittel über beide Isolate
von 9,3 (SBL4) bis 49.6 % erkrankter Körner im Erntegut (für Hybride GK12).
25
Tab. 4.2.: Auflistung der Genotypen und ihrer entsprechenden Körnerresistenzendaten
(Gesamtbefall) nach Injektion in den Seidenkanal, gereiht nach Mittelwert µ über beide
Isolate für die Parameter %KFAK, %KFKK und %KK. %KFAK, Prozentanteil erkrankter
Fläche über alle Kolben; %KFKK, Prozentanteil erkrankter Fläche über die kranken
Kolben; %KK, Prozentanteil erkrankter Kolben (Isolat 1 = F. graminearum, Isolat 2 = F.
verticillioides).
R
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
µ
LSD 0.05
G
SBL4
GK11
SBL12
SBL17
SBL7
SBL8
SBL19
SBL1
SBL6
GK17
GK13
GK10
SBL16
SBL18
GK19
SBL9
SBL2
SBL15
SBL11
GK15
SBL10
SBL5
GK20
GK7
GK4
SBL13
GK3
GK1
GK18
GK6
GK5
SBL14
SBL3
GK9
GK16
GK8
GK12
%KFAK
ISO 1 ISO 2
16,2
2,3
16,7
4,8
22,8
0,4
21,3
2,4
23,8
2,4
21,8
5,8
27,1
3,0
33,1
0,5
33,5
1,6
38,7
0,9
36,9
3,5
38,5
2,7
40,5
1,0
39,2
3,1
40,0
2,5
44,2
1,8
49,1
1,2
48,7
2,2
50,2
1,3
51,8
1,8
55,5
2,2
55,6
2,1
55,3
3,6
55,8
3,8
58,5
4,5
60,8
3,2
64,3
3,8
60,7
8,0
61,2
8,7
56,0 18,7
65,1 11,0
74,0
4,1
70,9
7,7
81,1
4,0
82,4
4,2
80,1
8,1
94,1
4,9
49,3
4,0
32,9
4,4
µ
9,3
10,8
11,6
11,9
13,1
13,8
15,1
16,8
17,5
19,8
20,2
20,6
20,8
21,2
21,2
23,0
25,1
25,4
25,8
26,8
28,8
28,9
29,4
29,8
31,5
32,0
34,1
34,4
35,0
37,4
38,0
39,1
39,3
42,5
43,3
44,1
49,5
26,7
17,0
G
SBL4
GK11
SBL7
SBL12
SBL17
SBL8
SBL19
SBL1
SBL6
GK10
SBL9
SBL16
GK17
SBL18
GK13
SBL15
SBL11
SBL2
GK19
GK15
SBL5
GK20
SBL10
GK7
SBL13
GK18
GK3
GK4
GK6
GK1
SBL14
SBL3
GK5
GK16
GK9
GK8
GK12
%KFKK
ISO 1 ISO 2
17,6
4,7
20,1
6,0
24,8
3,9
28,1
0,8
25,0
4,7
22,9
7,3
27,9
3,6
35,4
0,8
36,3
1,9
39,3
3,1
44,8
2,1
46,4
1,6
47,7
1,2
45,7
3,8
44,4
5,3
50,0
2,6
52,9
1,9
53,5
1,6
50,9
5,2
54,5
2,7
56,8
2,5
55,3
5,4
60,9
4,5
60,5
6,1
65,3
3,7
61,2
10,5
66,4
5,3
67,1
5,5
56,6
20,2
68,6
8,6
74,0
5,0
73,5
8,3
70,2
12,9
83,6
5,4
84,1
5,8
86,6
8,8
97,3
9,3
52,9
5,2
30,6
6,0
µ
11,2
13,1
14,4
14,5
14,9
15,1
15,7
18,1
19,1
21,2
23,5
24,0
24,5
24,8
24,9
26,3
27,4
27,6
28,0
28,6
29,7
30,3
32,7
33,3
34,5
35,8
35,8
36,3
38,4
38,6
39,5
40,9
41,5
44,5
45,0
47,7
53,3
29,0
15,8
G
SBL12
GK19
SBL17
GK13
SBL10
GK17
SBL1
SBL16
GK18
GK11
GK15
GK7
SBL11
SBL4
SBL18
GK12
GK20
SBL2
GK9
SBL7
GK3
GK4
GK16
GK10
SBL6
SBL15
GK5
SBL8
SBL13
SBL5
GK1
GK8
SBL19
SBL14
SBL9
SBL3
GK6
%KK
ISO 1 ISO 2
76
39
79
45
87
41
72
67
90
51
79
67
93
53
83
65
67
84
68
83
92
61
92
63
94
60
92
64
87
70
97
60
100
58
88
72
96
66
94
71
97
69
87
82
98
73
92
81
92
82
97
78
90
86
95
82
92
88
97
82
88
94
93
89
96
86
100
81
99
86
95
93
99
92
90
72
25
26
µ
57
62
64
70
71
73
73
74
75
75
76
77
77
78
79
79
79
80
81
83
83
84
86
87
87
87
88
89
90
90
91
91
91
91
92
94
96
81
18
26
Werden die Daten detaillierter betrachtet: Hybrid GK6 für %KFKK, rangiert im
Mittelfeld für F. graminearum mit einem Befall von 56,6% ist aber der am meisten
empfindliche Genotyp nach Inokulation mit F. verticillioides (20.2%). Dieses Verhalten
erklärt sich mit der sicheren Genotyp*Isolat Interaktion in Tabelle 4.1.
SBL14 ist sowohl für %KK und als auch für %KFKK überdurchschnittlich schlecht.
SBL 12 ist für beide Parameter überdurchschnittlich gut. Aber es wurden auch andere
Beispiele gefunden. SBL8 ist sehr gut für %KFAKK: resultiert aus einer guten Leistung für
%KFKK und für %KK weit über dem Mittelwert. Mehr oder weniger weißt dieser Genotyp
aber viele kranke Kolben auf die aber im Schnitt relativ gering befallen sind.
4.2.
Zahnstochermethode
Der erste Hauptfaktor „Genotyp“ (siehe Tabelle 4.3.) zeigte für den Parameter
%KFAK sichere Unterschiede bei leichter Infektion und für schwere und Gesamtinfektion
hoch signifikante Unterschiede. Für den Parameter %KFKK zeigte dieser Hauptfaktor für
die Gesamtinfektion sichere Unterschiede und für schwere als auch für leichte Infektion
hochsignifikante Unterschiede. Für den Parameter %KK zeigte der Faktor „Genotyp“
sowohl für schwere und leichte als auch für die Gesamtinfektion sichere Unterschiede. Der
zweite Hauptfaktor „Fusarium“ zeigte für alle drei Parameter sowohl für schwere und
leichte als auch für die Gesamtinfektion sichere Unterschiede.
Der Nebenfaktor „Genotyp-Fusarium-Interaktion“ zeigte für den Parameter %KFAK
für die leichte Infektion sichere Unterschiede, für die Gesamtinfektion hochsignifikante
Unterschiede und für die schwere Infektion signifikante Unterschiede. Für den Parameter
%KFKK zeigte die Genotyp-Fusarium-Interaktion für die schwere Infektion signifikante, für
die Gesamtinfektion hochsignifikante und für die leichte Infektion keine signifikanten
Unterschiede. Für den Parameter %KK zeigte der Nebeneffekt sowohl für schwere als
auch Gesamtinfektion signifikante Unterschiede für die leichte Infektion jedoch keine
signifikanten Unterschiede. Da die Durchschnittsquadrate der Fusarium*Genotyp
Interaktion für die Parameter %KFAK und %KFKK die gleiche Größenordnung wie jene
der Genotypen aufweisen, hängt die Resistenzrangreihung für diese Parameter deutlich
von den verwendeten Isolaten ab.
Die Wiederholungen zeigten nur für die schwere Infektion für den Parameter
%KFKK signifikante Unterschiede für alle anderen jedoch keine signifikanten
Unterschiede.
27
Tab. 4.3.: ANOVA-Analysen für %KFAK, %KFKK und %KK nach mechanischer
Verletzung mittels Zahnstochermethode. Die Werten sind Durchschnittsquadrate. (DF,
Freiheitsgrade; %KFAK, Prozentanteil erkrankter Fläche über alle Kolben; %KFKK,
Prozentanteil erkrankter Fläche über die kranken Kolben; %KK, Prozentanteil
erkrankter Kolben). Für Signifikanzangaben siehe Tabelle 3.4.
Quelle
Genotyp
Wiederholun
g
ei
36
2
70
1
36
72
schwer
104,06**
140,67 n.s.
47,79
5.583,14***
83,85*
48,91
leicht
2,89***
1,48 n.s.
1,26
65,10***
2,66***
1,03
gesamt
119,33**
120,97 n.s.
51,37
6.758,12***
99,13**
51,39
schwer
112,55**
179,59*
48,57.
6.264***
89,30*
50,37
leicht
69,37**
36,52 n.s.
37,87
1.245,68***
36,96 n.s.
37,48
gesamt
129,61***
150,67 n.s.
51,27
7.716,63***
105,68**
54,40
schwer
705,03***
219,00 n.s.
354,29 13.765,79***
333,62*
187,59
leicht
139,30***
116,56 n.s.
84,32
gesamt
671,02***
294,68 n.s.
369,86 12.949,89***
DF
%KFAK
%KFKK
%KK
Fusarium Fusarium * Genotyp
3.349,09***
Restfehler
90,72 n.s.
58,14
338,60*
184,65
In Tabelle 4.4. wurden sämtliche relevanten Ergebnisse zur Messung der Resistenz
der untersuchten Genotypen nach mechanischer Verletzung mittels Zahnstochermethode
zusammengefasst. Die 37 Hybriden in den Spalten 2, 7 und 12 aufgelistet, wurden nach
abnehmenden Gesamt-Resistenzeigenschaften gereiht (Spalten 5, 10 und 15). In den
Spalten 3, 4, 8, 9, 13 und 14 wurden jeweils die Werte für Isolat 3 und Isolat 2 aufgelistet.
Die Ergebnisse der Ausbreitung der Krankheitssymptome nach mechanischer Verletzung,
sind für die Reihung der Genotypen maßgeblich. Die dazugehörigen Daten sind für jeden
Genotyp in der letzten Spalte, Mittelwert, über sämtliche Isolate abgebildet.
Dieser Mittelwert eines Genotyps entspricht der durchschnittlich erkrankten Fläche
aller Kolben in Prozent ausgedrückt. In den Spalten drei und vier sind die durchschnittlich
erkrankten Flächen nach verwendetem Isolat zusammengefasst.
In der untersten Zeile sind Mittelwerte der einzelnen Isolate und ein Mittelwert für
alle zwei verwendeten Isolate sowie die jeweiligen LSD0.05 Werte dargestellt.
%KK zeigt sich F. culmorum mit 86% erkrankten Kolben im Mittel über alle Kolben
aggressiver als F. verticillioides mit 79% erkrankten Kolben. Der beste Genotyp ist GK17
mit 47,7% erkrankten Kolben im Mittel über beide Isolate. Am Ende der Skala steht
Genotyp SBL9 mit 96,3 %KK.
Für %KFKK zeigt F. culmorum mit 13,4% erkrankter Kolbenfläche nach Erkrankung
des Kolbens im Mittel über alle Hybriden eine wesentlich stärkere Ausbreitung als F.
verticillioides (1,4% erkrankter Kolbenfläche).
Die erkrankte Kolbenfläche variierte bei F. culmorum von 2,2% (GK20) bis 42,1%
(GK1) und bei F. verticillioides von 0,5% (GK20) bis 4,9% (GK1). Aus %KK und %KFKK
wurde auch hier wieder %KFAK (= Prozentanteil erkrankter Körner im Erntegut) errechnet.
%KFAK schwankt im Mittel über beide Isolate von 1,1% (SBL16) bis 22,0% (GK1).
28
Tab. 4.4.: Auflistung der Genotypen und ihrer entsprechenden Körnerresistenzen nach
mechanischer Verletzung (Zahnstocher), gereiht nach Genotypmittelwert für die
Parameter %KFAK, %KFKK und %KK. (%KFAK, Prozentanteil erkrankter Fläche über
alle Kolben; %KFKK, Prozentanteil erkrankter Fläche über die kranken Kolben; %KK,
Prozentanteil erkrankter Kolben, Isolat 3 = F. culmorum, Isolat 2 = F. verticillioides)
R
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
µ
LSD 0.05
%KFAK
G
ISO 3 ISO 2
SBL16 1,7
0,5
%KFKK
ISO 3 ISO 2
2,2
0,5
µ
1,1
G
GK20
GK20
GK17
GK19
SBL4
SBL15
SBL19
SBL1
GK12
GK11
2,1
2,2
2,2
2,1
3,8
4,4
5,4
5,6
5,8
0,4
0,3
0,4
0,6
0,5
0,7
0,2
0,6
1,0
1,2
1,3
1,3
1,4
2,1
2,5
2,8
3,1
3,4
SBL16
SBL4
GK19
GK17
SBL15
SBL19
SBL1
GK11
GK12
2,2
2,4
2,6
4,0
4,2
4,5
6,6
6,1
7,1
SBL17
SBL2
GK10
SBL12
GK18
GK8
SBL5
SBL18
GK9
GK3
GK4
GK7
SBL9
SBL10
SBL6
GK16
SBL7
GK13
GK6
SBL11
SBL8
SBL14
GK15
GK5
SBL13
SBL3
GK1
6,6
6,7
7,8
9,1
6,9
10,2
11,7
11,1
11,3
13,6
13,1
13,7
12,5
14,2
14,0
13,6
15,4
14,2
13,9
17,5
18,3
23,4
23,6
25,0
25,4
29,2
39,9
12,3
16,4
0,4
0,6
0,5
0,3
3,0
1,6
0,7
1,6
1,6
0,3
1,0
0,6
2,0
0,7
1,5
2,3
0,6
2,1
3,8
0,4
0,9
0,5
0,3
0,9
1,6
0,9
4,2
1,1
2,1
3,5
3,6
4,1
4,7
4,9
5,9
6,2
6,4
6,5
6,9
7,0
7,2
7,2
7,5
7,7
7,9
8,0
8,1
8,8
8,9
9,6
11,9
12,0
12,9
13,5
15,1
22,0
6,7
8,3
SBL17
SBL2
GK10
GK18
SBL12
SBL5
GK8
SBL18
SBL9
GK7
GK3
SBL6
GK9
SBL7
GK4
SBL10
GK13
GK6
SBL8
SBL11
GK16
GK15
SBL14
GK5
SBL13
SBL3
GK1
7,6
8,3
8,7
7,3
10,9
11,7
10,8
11,6
12,5
14,2
14,7
14,2
13,3
15,5
14,8
16,0
14,9
15,1
18,6
20,5
18,8
23,6
23,8
26,2
26,3
31,3
42,1
13,4
16,4
%KK
ISO 3 ISO 2
61
34
µ
1,3
G
GK17
µ
48
0,8
0,9
0,8
0,9
0,9
0,9
0,4
1,2
0,8
1,5
1,6
1,7
2,5
2,6
2,7
3,5
3,7
3,9
SBL1
SBL16
GK4
SBL11
GK3
GK19
SBL12
SBL17
SBL2
81
62
66
79
92
86
88
83
79
30
66
64
52
41
54
55
63
68
56
64
65
66
67
70
71
73
74
0,7
0,9
0,6
3,1
0,7
0,9
2,0
2,1
2,0
0,8
0,8
1,6
2,5
0,7
1,5
0,9
3,8
4,6
1,3
0,7
2,7
0,5
0,7
1,1
1,8
1,2
4,9
1,4
2,7
4,1
4,6
4,7
5,2
5,8
6,3
6,4
6,9
7,3
7,5
7,7
7,9
7,9
8,1
8,2
8,5
9,3
9,8
9,9
10,6
10,7
12,1
12,2
13,6
14,1
16,3
23,5
7,4
8,4
GK12
SBL15
GK9
GK15
GK18
SBL4
SBL10
GK10
GK16
GK13
SBL14
GK8
GK7
SBL8
SBL3
SBL19
GK11
SBL7
GK6
GK5
SBL5
GK20
SBL6
GK1
SBL18
SBL13
SBL9
79
90
84
80
64
85
80
81
75
98
95
85
93
98
91
91
94
94
89
95
100
95
97
95
98
96
98
86
27
70
60
66
71
89
69
74
76
83
61
64
75
75
72
80
81
79
80
86
83
77
83
85
87
87
89
95
71
27
74
75
75
76
77
77
77
79
79
79
79
80
84
85
85
86
87
87
87
89
89
89
91
91
93
93
96
79
16
29
Der Genotyp GK6 reagiert auch hier wieder sehr empfindlich auf F. verticilioides
(sowie nach Injektion!!!) womit er wiederum zur Interaktion Genotyp*Isolat beiträgt! Gut bei
allen drei Parametern ist der Genotyp SBL16. GK1 ist hier bei allen Parametern der
schlechteste Genotyp. GK20 ist zwar überdurchschnittlich schlecht für %KK aber sehr gut
für %KFKK, daher ist er auch gut für %KFAK. GK20 zeigt zwar viele kranke Kolben aber
nur wenig Befall der erkrankten Kolben. Anders sieht es hingegen bei Genotyp SBL11 aus,
hier ist %KK unterdurchschnittlich dafür aber %KFKK überdurchschnittlich.
4.3.
Natürliche Infektion
Die Ergebnisse der ANOVA Analyse für die Boniturdaten nach natürlicher Infektion
sind in Tabelle 4.5 zusammengefasst. Der Haupteffekt „Genotyp“ zeigte nur für den
Parameter %KK für die schwere und die Gesamtinfektion sichere Unterschiede und für die
leichte Infektion signifikante Unterschiede. Für alle anderen Parameter zeigt der
Haupteffekt jedoch keine signifikanten Unterschiede. Die Wiederholungen zeigten für
keinen der drei Parameter signifikante Unterschiede.
Tab. 4.5.: ANOVA-Analysen für %KFAK, %KFKK und %KK nach natürlicher Infektion.
Die Werten sind Durchschnittsquadrate. (DF, Freiheitsgrade; %KFAK, Prozentanteil
erkrankter Fläche über alle Kolben; %KFKK, Prozentanteil erkrankter Fläche über die
kranken Kolben; %KK, Prozentanteil erkrankter Kolben). Für Signifikanzangaben siehe
Tabelle 3.4.
Genotyp
36
Quelle
Wiederholung
1
Restfehler
36
schwer
0,088 n.s.
0,073 n.s.
0,086
leicht
gesamt
schwer
leicht
gesamt
schwer
leicht
gesamt
0,005 n.s.
0,097 n.s.
10,81 n.s.
8,82 n.s.
18,81 n.s.
70,10***
2,39*
79,07***
0,009 n.s.
0.15 n.s.
19,12 n.s.
14,54 n.s.
34,56 n.s.
8,22 n.s.
0,67 n.s.
15,95 n.s.
0,005
0,094
10,63
8,69
15,82
15,12
1,13
14,07
DF
%KFAK
%KFKK
%KK
In Tabelle 4.6 wurden sämtliche Hybriden nach ihrer Befallshäufigkeit nach
natürlicher Infektion aufsteigend gereiht mit den entsprechenden Werten für Befallsstärke
und Befallsintensität aufgelistet. In der ersten Spalte sind die Resistenzränge aufgelistet,
in der zweiten Spalte die jeweiligen Hybriden. In den Spalten drei, vier und fünf die
dazugehörige Befallshäufigkeit (%KK), Befallsstärke (%KFKK) sowie Befallsintensität
(%KFAK).
%KK schwankte nach natürlicher Infektion zwischen 0% (Hybride GK17 sowie
SBL16) und 25% (Hybride GK6). Im Mittel über alle Hybriden lag %KK bei 8%.
%KFKK schwankte nach natürlicher Infektion zwischen 0,0% (Hybride GK17 und
SBL16) und 13,3% (Hybride GK19). %KFAK schwankte nach natürlicher Infektion
zwischen 0,0 und 1,3%. Die durchschnittliche Befallshäufigkeit lag bei 13%, die
durchschnittliche Befallsstärke bei 0,9 und die durchschnittliche Befallsintensität bei 0,2%.
30
Tab. 4.6.: Resistenzrangreihung der Genotypen nach %KK nach natürlicher Infektion
und Vergleich mit %KFKK sowie mit %KFAK. (R, Rang; G, Genotyp; %KK,
Befallshäufigkeit; %KFKK, Befallsstärke; %KFAK, Befallsintensität)
R
1
G
GK17
2
SBL16
3
GK10
4
GK3
5
GK4
6
SBL14
7
GK15
8
SBL17
9
GK7
10
GK19
11
GK20
12
SBL15
13
GK12
14
SBL3
15
SBL1
16
SBL12
17
GK13
18
SBL6
19
GK18
20
SBL13
21
GK5
22
GK1
23
SBL2
24
SBL7
25
SBL9
26
GK9
27
GK16
28
GK8
29
SBL4
30
SBL11
31
SBL5
32
GK11
33
SBL10
34
SBL19
35
SBL8
36
SBL18
37
GK6
µ
LSD 0.05
%KK
0
0
2
2
2
2
2
3
4
4
4
5
5
6
6
6
6
7
7
8
8
8
9
10
10
10
11
11
12
12
12
15
15
20
21
23
25
13
%KFKK
0,0
0,0
1,0
0,3
0,2
0,9
0,3
0,2
7,8
13,3
0,8
0,2
1,7
1,6
0,8
1,0
2,4
0,8
0,7
13,2
2,2
2,1
0,3
0,7
0,3
0,8
1,2
0,7
0,8
0,4
0,9
0,9
0,6
1,8
0,8
1,0
1,7
0,9
%KFAK
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,3
0,3
0,0
0,0
0,1
0,1
0,1
0,1
0,2
0,0
0,1
1,3
0,2
0,1
0,0
0,1
0,0
0,1
0,1
0,1
0,1
0,0
0,1
0,1
0,1
0,4
0,2
0,2
0,4
0,2
8
8,1
0,6
Im allgemeinen ist hervorzuheben, dass der natürliche Infektionsdruck mit %KFAK
im Schnitt gering war. Am besten waren die Hybriden GK17 und SBL16 welche beide eine
hervorragende Befallshäufigkeit von 0% zeigten. Die Befallsstärken und
Befallsintensitäten lagen bei beiden Hybriden ebenfalls bei 0%.
Die Hybriden SBL13, GK5 und GK1 zeigten jeweils noch eine überdurchschnittlich
gute Befallshäufigkeit von 8%. Der Hybride SBL13 zeigte dabei eine der schlechtesten
Befallsstärken (13,2%) und auch eine der schlechtesten Befallsintensitäten mit 1,3%.
31
Die Hybriden GK5 und GK1 zeigten jeweils eine unterdurchschnittliche
Befallsstärke mit 2,2 und 2,1%. Beide Hybriden zeigten jedoch durchschnittliche
Befallsintensitäten mit 0,2 und 0,1%.
Am schlechtesten schnitten die Hybriden SBL18 (23%) und GK6 (25%) ab. Der
Hybride SBL18 zeigte dabei eine durchschnittliche Befallsintensität (0,2%) und eine leicht
unterdurchschnittliche Befallsstärke (1,0%). Der Hybride GK6 hingegen eine leicht
unterdurchschnittliche Befallsintensität (0,4%) und eine stark unter dem Durchschnitt
liegende Befallsstärke von 1,7%.
Korrelationsanalysen
4.4.1.
Vergleichbarkeit der Wirkung der Resistenzmechanismen gegen
verschiedene Fusariumarten
4.4.1.1.
Korrelation des Gesamtbefalls nach Injektion von F. graminearum und F.
verticillioides
Befallsintensität F. verticillioides
4.4.
Korrelation des Gesamtbefalls nach Injektion von F. graminearum und F. verticillioides
20,0000
15,0000
10,0000
5,0000
0
0
25,0000
50,0000
75,0000
100,0000
Befallsintensität F. graminearum
Abb. 4.1. Korrelation des Gesamtbefalls nach Injektion von F. graminearum und F.
verticillioides
In Abb. 4.1. sind die Ergebnisse für %KFAK (Gesamtbefall) nach Injektion in den
Seidenkanal mit beiden Isolaten in Bezug zu einander dargestellt. Der
Korrelationskoeffizient gleicht 0,37* (signifikant). Ein Genotyp (GK 6) reißt aus. Ohne diese
Ausreißer würde der Korrelationskoeffizient 0,47** betragen. Der niedrige
Korrelationskoeffizient von 0,37 lässt darauf schliessen, dass die Resistenz gegen F.
graminearum nur schwach mit jener gegen F. verticillioides korreliert ist.
32
4.4.1.2.
Korrelation des Gesamtbefalls nach mechanischer Verletzung von F.
culmorum und F. verticillioides
Korrelation des Gesamtbefalls nach mechanischer Verletzung von F. culmorum und F. verticillioides
Befallsintensität F. verticillioides
5,0000
3,7500
2,5000
1,2500
0
0
10,0000
20,0000
30,0000
40,0000
Befallsintensität F. culmorum
Abb. 4.2. Korrelation des Gesamtbefalls nach mechanischer Verletzung von F.
culmorum und F. verticillioides
In Abb. 4.2. sind die Ergebnisse für %KFAK (Gesamtbefall) nach mechanischer
Verletzung mit beiden Isolaten in Bezug zueinander dargestellt. Der Korrelationskoeffizient
gleicht 0,42* (signifikant). Zwei Genotypen (GK 6 und GK 18) reißen aus. Beide reagieren
sehr empfindlich gegenüber F. verticillioides bei gleichzeitiger mittelmäßiger Resistenz
gegenüber F. culmorum. GK 1 reagiert sehr empfindlich sowohl auf F. culmorum als auch
auf F. verticillioides. Der niedrige Korrelationskoeffizient von 0,42 lässt darauf schliessen,
dass die Resistenz gegen F. culmorum nur schwach mit jener gegen F. verticillioides
korreliert ist.
4.4.1.
Vergleichbarkeit verschiedener Inokulationstechniken
4.4.1.1.
Korrelation des Gesamtbefalls nach mechanischer Verletzung und nach
Injektion in den Seidenkanal
Tab. 4.7. Korrelation des Gesamtbefalls nach mechanischer Verletzung und nach
Injektion in den Seidenkanal (%KFAK, Befallsintensität; Isolat 1, F. graminearum; Isolat
2, F. verticillioides; Isolat 3, F. culmorum)
%KFAK
Zahnstocher
Isolat 3
Isolat 2
Injiziert
Isolat 1
0,34*
0,27 n.s.
Isolat 2
0,37*
0,66 ***.
33
Zeile 1 zeigt die Korrelation der Resistenz zwischen einer Infektion nach Injektion
mit F. graminearum und einer Infektion nach mechanischer Verletzung zuerst mit F.
culmorum und dann mit F. verticillioides dargestellt. Zeile 2 zeigt die Korrelation der
Resistenz zwischen einer Infektion nach Injektion mit F. verticillioides und einer Infektion
nach mechanischer Verletzung zuerst wieder mit F. culmorum und dann wieder mit F.
verticillioides.
Sowohl die niedrigen Korrelationskoeffizienten der Korrelation von Infektion mit F.
graminearum nach Injektion mit Infektion mit F. culmorum (0,34) und mit F. verticillioides
(0,27) nach mechanischer Verletzung als auch der niedrige Korrelationskoeffizient der
Korrelation von Infektion mit F. verticillioides nach Injektion mit Infektion mit F. culmorum
(0,37) nach mechanischer Verletzung lässt darauf schliessen, dass die
Resistenzmechanismen, gegen verschiedenen Fusariumarten, über verschiedene
Infektionswege nur schwach miteinander korreliert ist.
Einzig der Korrelationskoeffizient der Korrelation einer Infektion mit F. verticillioides
nach Injektion mit der Infektion der selben Fusariumart nach mechanischer Verletzung
(0,66) lässt darauf schliessen dass die Resistenzmechanismen einer Infektion mit F.
verticillioides nach Injektion in den Seidenkanal mit jenen einer Infektion mit F.
verticillioides nach mechanischer Verletzung relativ eng korreliert sind.
4.4.1.2.
Korrelation der Befallshäufigkeit nach Injektion in den Seidenkanal mit
jener nach mechanischer Verletzung mittels Zahnstocher
Bei allen verwendeten Daten in dieser Masterarbeit , handelt es sich um
Zünslerbereinigte-Werte. Dies bedeutet, dass nur Kolben weiter analysiert wurden, die
keinen Zünslerbefall aufzeigten. Die Infektion sollte daher größtenteils nur durch
Ausbreitung über die Körner bzw. Eindringen in den Kolben nach dem Seidenkanal
stattgefunden haben. Tabelle 4.8. zeigt das Ergebnis der hierzu durchgeführten
Korrelationsanalyse.
Tab. 4.8. Korrelation des starken. leichten und Gesamtbefalls aller Kolben nach
Injektion und des starken, leichten und Gesamtbefalls aller Kolben nach mechanischer
Verletzung und Injektion (%KK, Befallshäufigkeit)
%KK
Injiziert %KK
stark
stark
0,50**
Zahnstocher %KK
leicht
0,23 ns
leicht
0,002 ns
0,48**
0,02 ns
gesamt
0,51**
0,24 ns
0,54***
gesamt
0,52***
Der Parameter der starken Infektion zeigt für die starke Infektion nach
mechanischer Verletzung einen hoch signifikanten (r = 0,50) und für die Gesamtinfektion
nach mechanischer Verletzung einen statistisch sicheren (r = 0,52) Zusammenhang der
Boniturwerte. Für die leichte Infektion nach Injektion in den Seidenkanal wurde nur für die
leichte Infektion nach mechanischer Verletzung ein hoch signifikanter Zusammenhang (r
= 0,48) gefunden. Der Parameter Gesamtinfektion zeigt hingegen einen statistisch
sicheren Zusammenhang mit der Gesamtinfektion nach mechanischer Verletzung (r =
0,54) und einen hoch signifikanten Zusammenhang (r = 0,51) mit der starken Infektion.
Für alle anderen Parameter konnten keine signifikanten Zusammenhänge gefunden
werden und auch bei statistisch sicheren r-Werten sind die Korrelationskoeffizienten aber
relativ niedrig was darauf hinweist dass der Zusammenhang gering ist.
34
Die starke Infektion nach Injektion in den Seidenkanal spiegelt die starke Infektion
nach mechanischer Verletzung relativ gut, die Gesamtinfektion sehr gut und die leichte
Infektion gar nicht wieder. Für alle anderen Beziehungen konnten keine signifikanten
Zusammenhänge gefunden werden. Des weiteren waren die r-Werte relativ niedrig (max.
0,54).
4.4.1.
Vergleich der Resistenzmechanismen nach künstlicher Inokulation mit
jenen der Feldresistenz nach natürlichen Infektionsbedingungen
4.4.1.1.
Korrelation des Gesamtbefalls aller Kolben nach natürlicher Infektion und
nach Injektion in den Seidenkanal als auch nach mechanischer Verletzung
Tab. 4.9. Korrelation des Gesamtbefalls aller Kolben nach natürlicher Infektion und
nach Injektion in den Seidenkanal als auch nach mechanischer Verletzung (%KK,
Befallshäufigkeit; Isolat 1, F. graminearum; Isolat 2, F. verticillioides; Isolat 3, F.
culmorum)
%KK
natürliche Infektion
Injektion
Isolat 1
0,15 n.s.
Zahnstocher
Isolat 2
0,30 n.s.
Isolat 3
0,36*
Isolat 2
0,43 **
Die Tabelle gibt die Korrelationen der Resistenzmechanismen nach natürlicher
Infektion und jenen nach Injektion in den Seidenkanal mit F. graminearum und F.
verticillioides sowie nach mechanischer Verletzung mit F. culmorum und F. verticillioides
wieder.
Die niedrigen Korrelationskoeffizienten lassen darauf schliessen dass sowohl die
Resistenzmechanismen nach Injektion in den Seidenkanal (0,15 und 0,30) als auch jene
nach mechanischer Verletzung (0,36 und 0,43) nur sehr schwach bis gar nicht miteinander
korreliert sind.
4.4.1.2.
Korrelation der Befallshäufigkeit nach mechanischer Verletzung mittels
Zahnstocher mit jener nach natürlicher Infektion
Die verwendeten Daten sind zünslerbereinigte Werte. Dies bedeutet, dass nur jene
Kolben bonitiert wurden, die keinen Befall durch Zünsler aufwiesen. Die Infektion sollte
daher größtenteils über Infektion durch den Seidenkanal bzw. Ausbreitung über die
benachbarten Körner stattgefunden haben.
Tabelle 4.10. zeigt das Ergebnis der hierzu durchgeführten Korrelationsanalyse.
Tab. 4.10. Korrelation zwischen mechanischer Verletzung und natürlicher Infektion
(%KK, Befallshäufigkeit)
%KK
Zahnstocher %KK
stark
stark
0,50**
Natürliche Infektion %KK
leicht
0,24 ns
gesamt
0,51**
leicht
0,09 ns
-0,05 ns
0,07 ns
gesamt
0,48**
0,24 ns
0,49**
35
Der Parameter der starken Infektion nach mechanischer Verletzung zeigt sowohl für
die starke Infektion nach natürlicher Infektion (r = 0,50) als auch für die Gesamtinfektion
nach natürlicher Infektion (r = 0,51) einen hoch signifikanten Zusammenhang der
Boniturwerte.
Für die Gesamtinfektion nach mechanischer Verletzung wurde ebenfalls sowohl für
die starke Infektion nach natürlicher Infektion (r = 0,48) als auch für die Gesamtinfektion
nach natürlicher Infektion (r = 0,49) ein hoch signifikanter Zusammenhang gefunden.
Für alle anderen Parameter konnten keine signifikanten Zusammenhänge gefunden
werden. Auch bei hoch signifikanten r-Werten sind die Korrelationskoeffizienten aber
relativ niedrig was darauf hinweist dass der Zusammenhang nicht hoch ist.
Die starke Infektion nach mechanischer Verletzung spiegelt sowohl die starke als
auch die Gesamtinfektion nacht natürlicher Infektion relativ gut wieder. Ebenso spiegelt die
Gesamtinfektion nach mechanischer Verletzung sowohl die starke als auch die
Gesamtinfektion nach natürlicher Infektion relativ gut wieder. Für alle anderen Parameter
konnten keine signifikanten Zusammenhänge gefunden werden. Des weiteren waren die rWerte relativ niedrig (max. 0,51).
5.
Diskussion
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Auswahl von 19 österreichischen und 18
ungarischen Hybridsorten hinsichtlich ihrer Anfälligkeit gegenüber Kolbenfusariosen
untersucht, die dabei auftretenden Resistenzmechanismen erforscht und ein Vergleich
zwischen natürlicher Infektion und den künstlichen Inokulationen durch Injektion in
Seidenkanal bzw. mechanischer Verletzung mittels Zahnstocher durchgeführt.
Weiters wurden die Hybridsorten auf ihre Kombinationseignung untereinander
untersucht um herauszufinden welche davon sich am besten zur Resistenzsteigerung
eignen würden.
Die Notwendigkeit einer solchen Untersuchung kann durch das vermehrte Auftreten
der Krankheit und die erhöhte Aufmerksamkeit, die man dieser Krankheit in den letzten
Jahren schenkte belegt werden (Lew, 1993). Mit der Feststellung des Niveaus der
Resistenzausprägung heimischer und ungarischer Hybride, und dem Verständnis der
Resistenzmechanismen der Maispflanze kann mit einem anschließenden Forcieren der
der Züchtung einer neuen noch resistenteren Sorte, basierend auf den Hybriden mit den
besten Resistenzeigenschaften, ein Schritt hin zu einer Verbesserung auf den heimischen
Feldern erreicht werden.
5.1.
Genotypen
Die untersuchten Genotypen wiesen eine extrem hohe Variationsbreite an
Fusariumresistenzen auf. Diese Tatsache gilt sowohl für Infektion nach mechanischer
Verletzung als auch für Infektion nach Injektion in den Seidenkanal. Dabei wurde kein
Hybrid gefunden, der eine absolute Resistenz zeigte, eine Immunität gegenüber Fusarium
scheint daher nicht zu existieren. Auf dieses Ergebnis weist auch Snijders (1994) in einer
Studie hin.
Die Varianzanalysen ermittelten Genotypen und Isolate als stärkste
Streuungsursache bei der Ermittlung der Körnerresistenzen. Daneben übte auch die
Interaktion der Genotypen mit den Isolaten einen starken Einfluss aus.
Der Einfluss der Genotypen auf die Gesamtstreuung ist wahrscheinlich auf die
genetische Vielfalt der Sorten zurückzuführen. So zeigten manche Hybride weit aus
höhere Resistenzen gegenüber Fusarium, ein Ergebnis, dass auf bessere
Resistenzmechanismen der Pflanzen schließen lässt.
36
Andere Sorten hingegen waren extrem anfällig, ihre genetischen Eigenschaften
erlaubten keine ausreichenden Resistenzen.
Wie Tabelle 4.2. zu entnehmen ist schwankten die erhobenen Resistenzwerte nach
Injektion in den Seidenkanal für den Parameter %KFAK in einem Bereich von 9,2 bis
49,5%, jene für den Parameter %KFKK in einem Bereich von 11,2 bis 53,3% und jene für
den Parameter %KK in einem Bereich von 57 bis 96%. Der LSD0.05-Wert für den
Parameter %KFAK lag für Isolat 1 bei 32,9, für Isolat 2 bei 4,4 und für den Mittelwert bei
17,0. Jener für en Parameter %KFKK lag für Isolat 1 bei 30,6, für Isolat 2 bei 6,0 und für
den Mittelwert bei 15,8. Der LSD0.05-Wert für den Parameter %KK lag für Isolat 1 bei
25,2, für Isolat 2 bei 26,0 und für den Mittelwert bei 18,4.
Aus Tabelle 4.4. ist zu entnehmen, dass die erhobenen Resistenzwerte nach
mechanischer Verletzung für den Parameter %KFAK in einem Bereich von 1,1 bis 22,0%,
jene für den Parameter %KFKK in einem Bereich von 1,3 bis 23,5% und jene für den
Parameter %KK in einem Bereich von 47,7 bis 96,3% schwankten. Der LSD0.05-Wert für
den Parameter %KFAK lag für Isolat 3 bei 16,4, für Isolat 2 bei 2,1 und für den Mittelwert
bei 8,3.
Jener für den Parameter %KFKK lag für Isolat 3 bei 16,4, für Isolat 2 bei 2,7 und für
den Mittelwert bei 8,4. Der LSD0.05-Wert für den Parameter %KK lag für Isolat 3 bei 27,3,
für Isolat 2 bei 26,9 und für den Mittelwert bei 15,8.
Aus Tabelle 4.6. geht hervor dass bei natürlicher Infektion einzig der Parameter
%KK aussagekräftig war und in einem Bereich von 0 bis 25% schwankte. Der Parameter
%KFKK schwankte in einem Bereich von 0,2 bis 13,3% und der Parameter %KFAK
schwankte in einem Bereich von 0,0 bis 1,3%. Der LSD0.05-Wert lag für den Parameter
%KK bei 7,6, für den Parameter %KFKK bei 8,07 und für den Parameter %KFAK bei 0,62.
Der natürliche Infektionsdruck war gering was mit der Grund für die geringe
Differenzierung sein kann.
Der kontinuierliche Verlauf der Daten lässt auf ein quantitatives Merkmal schließen.
Dies würde bedeuten, dass es sich bei der Körnerresistenz um oligo- oder polygene
Merkmale handelt. Eine Untersuchung von Gendloff et al. (1986) bestätigt dies. Die
unterschiedlichen Veranlagungen der Genotypen waren unter natürlichen
Infektiosbedingungen weit weniger gut erkennbar als unter künstlichen.
Daraus lässt sich schließen, dass in Mais tatsächlich eine sehr große Variabilität in
FER Resistenz vorhanden ist.
5.2.
Umwelt
Damit, dass die Umwelteinflüsse eine Rolle spielen, wurde aber bereits im
Vorhinein gerechnet, da nicht alle Inokulationen der Wiederholungen einer Sorte am
selben Tag durchgeführt wurden. Dies bedeutet, dass Umweltbedingungen am
Versuchsfeld an den verschiedenen Inokulationstagen womöglich unterschiedlich waren
und somit Infektionen und/oder den weiteren Krankheitsverlauf unterschiedlich beeinflusst
haben. Daher ist es wichtig, dass die Genotypen in mehreren Umwelten untersucht
werden. Nur so kann man zuverlässige Resistenzdaten bekommen.
5.3.
Vergleich der Inokulationsmethoden
Da es laut den hierzu durchgeführten Korrelationsanalysen keinen sehr engen
Zusammenhang zwischen den Inokulationsmethoden gibt, scheinen Seidenresistenz und
und Körnerresistenz nicht durch die selben Resistenzmechanismen bewirkt zu werden.
Daher kann man mit einer Inokulationsmethode alleine NICHT Eindringungsresistenz und
Körnerresistenz erfassen und daher müssen auch beide Methoden verwendet werden.
37
Da die Korrelationsanalysen zwischen den Inokulationsmethoden und den
Infektionsbedingungen unter natürlichen Bedingungen keinen sehr engen Zusammenhang
aufzeigten ist es erforderlich die Daten auch mit jenen erhoben unter natürlichen
Bedingungen zu vergleichen. Es muss allerdings wieder darauf hingewiesen werden dass
ich nur einjährige Daten unter natürlichen Bedingungen zur Verfügung hatte und daher die
Ergebnisse mit Vorsicht zu interpretieren sind.
5.4.
Auswertung der Gesamtresistenz
5.4.1.
Resistenzrangreihung nach Injektion in den Seidenkanal
In Tabelle 5.1. wurden jeweils die Rankings für Befallsintensität (%KFAK),
Befallsstärke (%KFKK) und Befallshäufigkeit (%KK) sowie die Summe über alle drei
Parameter für den Befall nach Injektion in den Seidenkanal zusammengefasst. Diese
Informationen wurden aus Tabelle 4.2. entnommen.
Tab. 5.1.: Resistenzrangreihung nach Injektion in den Seidenkanal (Rangreihung,
Genotyp, Summe aller Rankings (Summe), Rangreihung der Befallsintensität (Ranking
%KFAK), Rangreihung der Befallsstärke (Ranking %KFKK) sowie Rangreihung der
Befallshäufigkeit (Ranking %KK) sind der Tabelle zu entnehmen)
Ranking
1
2
3
11
17
36
37
Genotyp
SBL12
SBL17
GK11
SBL8
SBL10
SBL3
GK8
Summe
8
12
13
40
49
101
105
Ranking
%KFAK
3
4
2
6
21
33
36
Ranking
%KFKK
4
5
2
6
23
32
36
Ranking %KK
1
3
9
28
5
36
33
Aus Tabelle 5.1. ist zu entnehmen dass manche Hybriden sowohl sehr gute
Ergebnisse bei Befallsintensität und Befallsstärke als auch Befallshäufigkeit haben,
andere Hybriden aber entweder nur in einem oder zwei Parametern gute Ergebnisse
zeigten und andere wiederum in allen drei Parametern schlechte Ergebnisse aufwiesen.
Auf Grund seiner sehr guten Boniturwerte,
Platz 3 in Befallsintensität, Platz 4 in
Befallsstärke und Platz 1 in Befallshäufigkeit, findet man den Hybriden SBL 12 auch auf
dem ersten Platz in der Resistenzrangreihung für die Injektionsmethode (Summe der
individuellen Reihungen = 8). Der Hybrid SBL 17 zeigte ebenfalls sehr gute Boniturwerte
für alle drei Krankheitsparameter, und ist somit auf Platz 2 der Resistenzrangreihung zu
finden. Es wurden aber auch Hybriden mit anderem Resistenzverhalten gefunden.Den
Hybrid SBL 8 findet man im Mittelfeld der Resistenzrangreihung da sein Boniturwert von
Platz 28 in Befallshäufigkeit, seine ansonsten recht guten Werte in Befallsintensität, und
Befallsstärke stark abwertet. Den Hybriden SBL 10 findet man ebenfalls im Mittelfeld da
sein sehr guter Wert in Befallshäufigkeit (Platz 5),seine schlechten Werte in
Befallsintensität (Platz 21) und Befallsstärke (Platz 23), nicht wettmachen kann.
Last but not least, der Hybride SBL 3 ist in der Resistenzrangreihung am vorletzten
Platz zu finden, da er in allen Parametern, Befallsintensität (Platz 33), Befallsstärke (Platz
32) und Befallshäufigkeit (Platz 36), sehr schlechte Werte erreichte (Summe = 101). Auch
Genotyp GK 8 zeigte ein ähnliches Verhalten.
38
Gute Genotypen sind anhand dieser Daten in der Lage nicht nur den Prozentanteil
erkrankter Kolben gering zu halten (unterbinden also die Etablierung der Krankheit auf der
Kolbenspitze (niedriges %KK)) sondern sind auch in der Lage die Ausbreitung der
Krankheit zu verzögern (niedriges %KFKK).
Des weiteren weisen die Ergebnisse darauf hin, dass beide Resistenzeigenschaften
nicht gekoppelt sind und man kann schließen, dass Hybriden nur dann eine gute FER
Resistenz gegenüber einer Infektion durch den Seidenkanal haben können, wenn beide
Resistenzeigenschaften kombiniert in ausreichendem Niveau vorliegen.
5.4.2.
Resistenzrangreihung nach mechanischer Verletzung
In Tabelle 5.2. wurden jeweils die Rankings für Befallsintensität (%KFAK),
Befallsstärke (%KFKK) und Befallshäufigkeit (%KK) sowie die Summe über alle drei
Parameter für den Befall nach mechanischer Verletzung zusammengefasst. Diese Daten
wurden aus Tabelle 4.4. entnommen.
Tab. 5.2.: Resistenzrangreihung nach mechanischer Verletzung (Rangreihung, Genotyp,
Summe aller Rankings (Summe), Rangreihung der Befallsintensität (Ranking %KFAK),
Rangreihung der Befallsstärke (Ranking %KFKK) sowie Rangreihung der
Befallshäufigkeit (Ranking %KK) sind der Tabelle zu entnehmen)
Ranking
Genotyp
Summe
Ranking
%KFAK
Ranking
%KFKK
Ranking %KK
1
2
SBL16
GK17
6
9
1
3
2
5
3
1
3
GK19
15
4
4
7
10
GK20
35
2
1
32
16
GK3
47
20
21
6
35
GK5
98
34
34
30
37
GK1
108
37
37
34
Aus Tabelle 5.2. ist zu entnehmen dass manche Hybriden sowohl sehr gute
Ergebnisse bei Befallsintensität und Befallsstärke als auch Befallshäufigkeit haben,
andere Hybriden aber entweder nur in einem oder zwei Parametern gute Ergebnisse
zeigten und andere wiederum in allen drei Parametern schlechte Ergebnisse aufwiesen.
Auf Grund seiner sehr guten Boniturwerte, Platz 1 in Befallsintensität, Platz 2 in
Befallsstärke und Platz 3 in Befallshäufigkeit findet man Hybrid SBL16 auch auf Platz 1
der Resistenzrangreihung (Summe aller individuellen Reihungen = 6).
Hybride GK17 brachte ein ähnliches Ergebnisse (Platz 3 in Befallsintensität, Platz 5
in Befallsstärke und Platz 1 in Befallshäufigkeit) und ist daher auch auf Platz 2 (Summe =
9) der Resistenzrangreihung zu finden.
Hybride GK3 erreichte zwar Platz 6 in Befallshäufigkeit, aufgrund seines 20. Platzes
in Befallsintensität und seines 21. Platzes in Befallsstärke erreichte er in der
Resistenzrangreihung nur Platz 16 (Summe = 47).
Hybride GK20 erreichte zwar Platz 2 in Befallsintensität und Platz 1 in Befallsstärke
erreichte aber aufgrund seines 32. Platz in Befallshäufigkeit nur Platz 10 (Summe = 35) in
der Resistenzrangreihung.
39
Der Hybride GK1 zeigte sich als schlechtester Hybride da er sowohl in
Befallsintensität als auch in Befallsstärke Platz 37 und in Befallshäufigkeit auch nur Platz
34 erreichte und somit auch in der Resistenzrangreihung auf Platz 37 (Summe = 108) zu
finden ist.
Gute Genotypen sind anhand dieser Daten auch hier in der Lage nicht nur den
Prozentanteil erkrankter Kolben gering zu halten (unterbinden also die Etablierung der
Krankheit auf der Kolbenspitze (niedriges %KK)) sondern sind auch in der Lage die
Ausbreitung der Krankheit zu verzögern (niedriges %KFKK).
Des weiteren weisen die Ergebnisse darauf hin, dass beide Resistenzeigenschaften
nicht gekoppelt sind und man kann schließen, dass Hybriden nur dann eine gute FER
Resistenz gegenüber einer Infektion nach mechanischer Verletzung haben können, wenn
beide Resistenzeigenschaften kombiniert in ausreichendem Niveau vorliegen.
5.5.
Vergleich der Resistenzrangreihungen
In Tabelle 5.3. wurden nochmals alle Resistenzrangreihungen zusammengefasst
und nach den besten Hybriden aufsteigend sortiert. In Spalte eins sind die untersuchten
Hybriden aufgezählt, die Spalten zwei bis vier listen die jeweilige Resistenzeinstufung für
die Injektionsmethode, die Zahnstochermethode bzw. für die natürliche Infektion auf.
Tab. 5.3. Vergleich der Resistenzrangreihungen (Genotyp, Summe aller Rankings
(Summe), Ranking nach Injektion (Ranking Injektion), Ranking nach mechanischer
Verletzung (Ranking Zahnstocher) sowie das Ranking nach natürlicher Infektion
(Ranking natürliche Infektion) können der Tabelle entnommen werden)
Genotyp
GK17
SBL16
SBL17
SBL4
GK4
SLB13
GK6
Ranking Injektion
Ranking
Zahnstocher
Ranking natürliche
Infektion
Summe
6
9
2
4
27
28
35
2
1
8
6
17
36
32
1
2
4
25
3
24
36
9
12
14
35
47
88
103
Aus Tabelle 5.3. ist zu entnehmen dass die Hybriden GK 17 und SBL 16 mit Platz 8
bzw. Platz 9 nach Injektion, Platz 2 bzw. Platz 1 nach mechanischer Verletzung und Platz
1 bzw. Platz 2 nach natürlicher Infektion als gleich gut einzustufen sind.
Und der Hybride SBL 17 mit Platz 2 nach Injektion und Platz 8 nach mechanischer
Verletzung und nach natürlicher Infektion auch noch recht gut ist.
Der Hybride SBL 4 wäre zwar auf Grund seiner recht guten Ergebnisse nach
Injektion (Platz 4) und nach mechanischer Verletzung (Platz 6) eigentlich nicht so schlecht,
auf Grund seines schlechten Ergebnisses nach natürlicher Infektion (Platz 28) ist er jedoch
nur im Mittelfeld zu finden.
Das gleiche gilt für den Hybriden GK 4 der zwar sehr gute Werte nach natürlicher
Infektion aufweist (Platz 5) jedoch nach Injektion sehr schlechte Ergebnisse brachte (Platz
27) und nach mechanischer Verletzung nur mittelmäßig war (Platz 17).
Die Hybriden SBL 13 und GK 6 findet man hingegen am Ende der Rangreihung da
ihre Werte nach Injektion (Platz 28 bzw. Platz 35), nach mechanischer Verletzung (Platz
36 bzw. Platz 32) sowie nach natürlicher Infektion (Platz 20 bzw. Platz 37) eher schlecht
ausfielen.
40
Eindringungsresistenz (Seidenkanal-Injektion) und Ausbreitungsresistenz
(Zahnstocher-Methode) dürften ebenfalls nicht gekoppelt sein, können aber in einem
Hybrid kombiniert werden. Nur wenn beide vorhanden sind ist das Risiko auf Infektionen
minimiert. In bestimmten Regionen der EU (z.B. Südfrankreich, Italien) findet man
überwiegend einen Befall mit F. verticillioides/proliferatum und hätte die
Ausbreitungsresistenz die größte Bedeutung. In Österreich hingegen ist nicht nur die
Verletzung durch Maiszünsler ein Risiko, sondern auch das Eindringen über den
Seidenkanal in feuchteren Gegenden wichtig. Um einen ausreichenden Schutz gegen
Fusarium zu gewährleisten müssen beide Resistenzmechanismen vorliegen.
Da eine gezielte Züchtung auf quantitative Merkmale meist schwieriger ist, scheint
eine geeignete Methode um Resistenzeigenschaften einer Sorte genau feststellen zu
können, als äußerst vorteilhaft. Die große Variationsbreite der Genotypen bietet jedoch
eine gute Ausgangssituation, um das Gesamtniveau der Fusariumresistenz durch
züchterische Maßnahmen erheblich zu verbessern, und einen zukünftigen Selektions- und
Zuchterfolg zu garantieren.
Für die Praxis würde sich beim momentanen Stand der Resistenzen folgende
Situation ergeben. Durch die erheblichen Unterschiede in den genetischen
Veranlagungen der Sorten, bieten manche Hybride bessere Vorraussetzungen, für eine
gezielte Linienzucht. Für eine erfolgreiche Züchtung einer resistenteren Linie kämen
einerseits die Genotypen SBL1, SBL16, SBL17 und GK17 in Betracht, da sie bei allen drei
verwendeten Methoden die besten Ergebnisse erzielt haben. Der Genotyp SBL1 erreichte
ziemlich gute Ergebnisse sowohl nach Injektion in dem Seidenkanal als auch nach
natürlicher Infektion dafür aber nur mittelmäßige Ergebnisse nach mechanischer
Verletzung. Der Genotyp SBL16 erreichte z.B. ausgezeichnete Resistenzergebnisse
sowohl nach mechanischer Verletzung als auch bei der natürlichen Infektion und auch ein
recht gutes Ergebnis nach Injektion in den Seidenkanal. Der Genotyp SBL17 hingegen
erreichte wiederum ausgezeichnete Ergebnisse nach Injektion in den Seidenkanal und
auch nach natürlicher Infektion und ein recht gutes Ergebnis nach mechanischer
Verletzung. Der Genotyp GK17 erreichte wiederum ausgezeichnete Werte nach
mechanischer Verletzung und nach natürlicher Infektion und recht gute Werte nach
Injektion in den Seidenkanal.
Ein mögliches konventionelles Zuchtprogramm könnte nun folgendermaßen
aufgebaut werden. Im ersten Schritt könnte man die Genotypen SBL17 und SBL1
miteinander kreuzen und die aus dieser Kreuzung hervorgehenden F1-Hybriden zunächst
einmal vorselektieren und die vorselektierten F1-Hybriden dann wiederum mit einem zuvor
ausgesuchten Topcross-Tester kreuzen. Die hieraus resultierenden F2-Hybriden sollten
dann auf ihre allgemeine Kreuzungseignung getestet und die positiv beurteilten F2Hybriden danach auf ihre spezielle Kombinationseignung getestet werden. F2-Hybriden
mit positiver spezieller Kombinationseignung könnten danach mit Hilfe der DH-Technik
oder durch über Generationen wiederholte Selbstung zu Inzuchtlinien weiter entwickelt
werden. Diese Inzuchtlinie könnte man im nächsten Schritt mit Hybride SBL16 kreuzen
und diesen 3-Wege-Hybriden wie oben beschrieben wiederum zu einer stabilen
Inzuchtlinie weiterentwickeln. Als nächsten Schritt könnte man dann die Genotypen GK17
und SBL17 kreuzen und die F1-Hybriden ebenfalls wieder mit einem Topcross-Tester
kreuzen und nach erfolgter Prüfung auf Kombinationseignung die F2-Hybriden zu einer
stabilen Inzuchtlinie weiter bearbeiten bevor man dann die Inzuchtlinie ((SBL1 X SBL17) X
SBL16) mit der Inzuchtlinie (SBL17 X GK17) kombiniert und die hieraus gewonnenen F1Hybriden wiederum mittels Topcross-Tester auf Kombinationseignung testet und aus den
F2-Pflanzen mittels Inzucht zu einer stabilen neuen Linie weiter bearbeitet.
Für ein mögliches Zuchtprogramm mit Einsatz von genetischen Markern und QTL
kämen die Genotypen SBL17, GK17, SBL12 und SBL16 in Betracht.
41
Der Genotyp SBL12 hätte eine hervorragende Resistenz nach Injektion in den
Seidenkanal welche mittels den bereits bekannten QTL isoliert werden könnte.
Das kombinierte Zuchtprogramm könnte nun folgendermassen gestaltet werden. Im
ersten Schritt könnte man wieder die F1-Hybriden aus der Kreuzung (SBL17 X GK17)
mittels Topcross-Tester auf ihre Kombinationseignung testen und die F2-Pflanzen weiter
oben beschrieben zu einer Inzuchtlinie entwickeln und dann im zweiten Schritt die Gene
für die Resistenz nach Injektion in den Seidenkanal des Genotyps SBL12, jene für die
Resistenz nach mechanischer Verletzung des Genotyps SBL16 sowie eine für die
natürliche Infektion des Genotyps GK17 in diese Inzuchtlinie übertragen und die
Resultierenden Pflanzen nach erfolgter Prüfung auf Kombinationseignung zu einer
stabilen Inzuchtlinie weiter bearbeiten.
5.6.
Wirksamkeit der Resistenzen gegenüber verschiedenen Fusariumarten
Mesterhazy, 1988 sowie Snijders und van Euwijk, 1991 belegten hochsignifikante
Korrelationen zwischen den beiden Fusariumarten F. culmorum und F. graminearum. Was
nach Mesterhazy und Snijders und van Euwijk bedeuten würde dass die
Resistenzmechanismen, die für die Körnerresistenzen gegenüber diesen beiden
Fusariumarten verantwortlich sind, möglicherweise identisch sind.
Meine Untersuchungen zeigten jedoch keine Signifikanten Zusammenhänge der
Resistenzen gegenüber diesen beiden Fusariumarten sowohl nach Injektion in den
Seidenkanal als auch nach mechanischer Verletzung, r <= 0,5. Wahrscheinlich spielt der
geringe Infektionsdruck eine Rolle. Weiters ist bekannt das bei der Resistenzprüfung
hochsignifikante Umwelt*Genotyp Interaktionen auftreten können. Ich schließe daher
daraus, dass mehrjährige Daten brauchen würde um die Aussagen von Mesterhazy,
Snijders und van Euwijk bestätigen zu können.
Ein Verzicht auf eine der Inokulationsmethoden scheint daher nicht sinnvoll und
würde einen Teil der natürlichen Resistenzmechanismen der Pflanze unberücksichtigt
lassen. Die genetisch vorhandenen Resistenzmechanismen der Maispflanze agieren
wahrscheinlich unabhängig voneinander. Unterschiede in den Resistenzreihenfolgen bei
Gegenüberstellung der Ergebnisse der beiden Inokulationsmethoden werden hierdurch
erklärt. (Eder, 1999). Das diese Reihenfolgen nicht übereinstimmen müssen wurde auch
schon von Gulya et al. (1980) bei einer Untersuchung der Körnerresistenzen und
Seidenresistenzen bei Mais festgestellt.
5.7.
Wirksamkeit der Resistenzen bei natürlicher und künstlicher Infektion
Nur die Resistenz gegen F. verticillioides nach mechanischer Verletzung, sowohl
bei starker Infektion als auch bei der Gesamtinfektion, zeigte hoch signifikante
Zusammenhänge mit den Resistenzen bei starker und gesamter Infektion nach der
natürlichen Infektion. Alle anderen Resistenzen zeigten keine signifikanten
Zusammenhänge. Dies würde bedeuten, dass man mit Hilfe der Resistenz gegen F.
verticillioides nach mechanischer Verletzung Aussagen über die Resistenzen nach
natürlicher Infektion treffen könnte. Allerdings sind
diese Daten und meine
Schlussfolgerungen dazu mit Vorsicht zu interpretieren da ich nur einjährige Daten hatte
und bei einer natürlichen Infektion im Normalfall Infektionen über beide Infektionswege
stattfinden würden.
Um auch einen Zusammenhang zwischen der Körnerresistenz und der Infektion
unter natürlichen Bedingungen herzustellen, könnte man gezielt nur jene Kolben
untersuchen, die Vogel- oder Hagelschäden aufweisen, oder bei denen ein Zünslerbefall
deutlich erkennbar ist, und diese mit den künstlich verletzten Kolben vergleichen. (Eder,
1999). Auch hier ist ein einjährigen Datensatz nicht ausreichend um sinnvolle Aussagen zu
machen.
42
6.
Zusammenfassung
Durch die Zunahme und Intensivierung des Maisanbaus in Österreich, hat das
Auftreten der Kolbenfusariose durch Fusarium spp. bei entsprechenden
Umweltbedingungen bereits zu enormen Problemen geführt (Lew, 1993). Die Tatsache
das mehrere Fusariumarten Mykotoxinbildner sind, kann dazu führen, dass bei einem
höheren Anteil befallenen Erntegutes Gesundheitsprobleme bei Mensch und Tier auftreten
können, wenn befallenes Erntegut als Nahrungs- oder Futtermittel verwendet wird.
Aufgabe der vorliegenden Masterarbeit war es die Resistenzmechanismen der
Hybriden zu untersuchen, das Resistenzniveau gegenüber Kolbenfusariose zu ermitteln,
mit den Resistenzdaten der künstliche Inokulationsmethoden zu vergleichen und mögliche
Zusammenhänge aufzuzeigen. Weiters war es Aufgabe der Masterarbeit, herauszufinden
welche der Hybriden sich für die Züchtung einer neuen Linie besonders gut eignen sowie
die möglichen Methoden zu erwähnen.
Diese 37 Hybriden wurden anhand von 2 Inokulationsmethoden auf
Seidenresistenz (Eindringen von Fusarium durch den Seidenkanal) und Kornresistenz
(Eindringen von Fusarium nach Verletzung) mithilfe von 2 Fusariumspezies und natürlicher
Infektion auf die Krankheitsparameter Befallshäufigkeit (%KK), Befallsstärke (%KFKK) und
Befallsintensität (%KFAK) hin untersucht.
Aus den Ergebnissen kann folgender Schluss gezogen werden:
Die Seidenresistenz der untersuchten Hybriden nach Injektion in den
Seidenkanal für die Parameter %KFAK, %KFKK und %KK zeigte signifikante
Unterschiede. Als Streuungsursache waren vor allem die Haupteffekte Fusarium und
Genotyp verantwortlich. Einen wesentlichen Anteil hatte dabei auch noch die
Genotyp*Fusarium Interaktion. Die besten Genotypen waren SBL4, SBL12, SBL16,
SBL17 und GK17. Die Ausbreitungsresistenz der untersuchten Hybriden nach
mechanischer Verletzung mittels Zahnstocher für die Parameter %KFAK, %KFKK und
%KK zeigte ebenfalls signifikante Unterschiede. Als Streuungsursache können auch hier
vor allem die Haupteffekte Fusarium und Genotyp genannt werden. Die
Genotyp*Fusarium Interaktion hatte auch hier einen wesentlichen Anteil. Die besten
Genotypen waren hier wie auch bei der Seidenresistenz SBL4, SBL16 und GK17,
zusätzlich aber auch noch GK 20 und SBL 1. Die Untersuchung der natürlichen
Infektionsbedingungen der Genotypen zeigte, dass es einzig für die Befallshäufigkeit
signifikante Unterschiede gab. Der Infektionsdruck durch die natürliche Infektion war
jedoch gering. Ein Vergleich der natürlichen Infektionsbedingungen mit den künstlichen
Infektionen über den Seidenkanal und nach mechanischer Verletzung zeigte, dass außer
zwischen der künstlichen Infektion mit F. verticillioides für den Parameter %KK und den
natürlichen Infektionsbedingungen sowohl bei starker als auch bei der Gesamtinfektion
keine guten Zusammenhänge zu finden sind. Allerdings ist anzumerken dass ich für meine
Untersuchungen nur einjährige Daten zur Verfügung hatte und der natürliche
Infektionsdruck gering war. Die Untersuchung eines möglichen Zusammenhanges einer
Resistenz gegen mehrere verschiedene Fusariumarten zeigte, dass es zwischen den
Resistenzen gegen die verschiedenen Fusariumarten keine signifikanten
Zusammenhänge gibt. Es ist allerdings wiederum darauf hinzuweisen dass ich für meine
Untersuchungen nur einjährige Daten zur Verfügung hatte und der natürliche
Infektionsdruck gering war.Des weiteren zeigten meine Untersuchungen dass die
Seidenresistenz nicht mit der Körnerresistenz gekoppelt ist und dass daher beide
Resistenzen in ausreichendem Niveau nötig sind um einen Guten Maishybriden zu
erhalten.
43
7.
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50
8.
Anhang
8.1.
Tabellenverzeichnis
Tab.2.1.: Fusarien und Fusarientoxine bei Mais in Österreich 10
Tab. 3.1.: Eigenschaften der Inokula für die
Körnerresistenzuntersuchung 20
Tab. 3.2.: Zusammenhang zwischen Boniturwert und der jeweiligen erkrankten Fläche
am Kolben 22
Tab. 3.3. Verwendete Parameter, Bedeutungen und Abkürzungen
22
Tab. 3.4. Abkürzungssymbole zur Wahrscheinlichkeitsberechnung
23
Tab. 4.1.: ANOVA-Analysen für %KFAK, %KFKK und %KK nach Injektion in den
Seidenkanal 24
Tab. 4.2.: Auflistung der Genotypen und ihrer entsprechenden Körnerresistenzendaten
(Gesamtbefall) nach Injektion in den Seidenkanal, gereiht nach Isolat 1 für die
Parameter %KFAK, %KFKK und %KK 25
Tab. 4.3.: ANOVA-Analysen für %KFAK, %KFKK und %KK nach mechanischer
Verletzung mittels Zahnstochermethode
27
Tab. 4.4.: Auflistung der Genotypen und ihrer entsprechenden Körnerresistenzen nach
mechanischer Verletzung, gereiht nach Genotypmittelwert für die Parameter %KFAK,
%KFKK und %KK 28
Tab. 4.5.: ANOVA-Analysen für %KFAK, %KFKK und %KK nach natürlicher Infektion
30
Tab. 4.6.: Resistenzrangreihung der Genotypen nach %KK nach natürlicher Infektion
und Vergleich mit %KFKK sowie mit %KFAK 31
Tab. 4.7. Korrelation des Gesamtbefalls nach mechanischer Verletzung und nach
Injektion in den Seidenkanal 33
Tab. 4.8. Korrelation des starken. leichten und Gesamtbefalls aller Kolben nach
Injektion und des starken, leichten und Gesamtbefalls aller Kolben nach mechanischer
Verletzung 34
Tab. 4.9. Korrelation des Gesamtbefalls aller Kolben nach natürlicher Infektion und
nach Injektion in den Seidenkanal als auch nach mechanischer Verletzung 35
Tab. 4.10. Korrelation zwischen mechanischer Verletzung und natürlicher Infektion 35
Tab. 5.1.: Resistenzrangreihung nach Injektion in den Seidenkanal
38
Tab. 5.2.: Resistenzrangreihung nach mechanischer Verletzung 39
Tab. 5.3. Vergleich der Resistenzrangreihungen
40
8.2.
Abbildungsverzeichnis
Abb. 4.1. Korrelation des Gesamtbefalls nach Injektion von F. graminearum und F.
verticillioides
32
Abb. 4.2. Korrelation des Gesamtbefalls nach mechanischer Verletzung von F.
culmorum und F. verticillioides 33
51