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Entwicklung eines biologischen Pflanzenschutzmittels aus Süßholz mit sicherer Wirkung im Freiland unter Nutzung effizienter Anwendungstechnik; Arbeitsschwerpunkt 1: Industrielle Forschung und Grundlagen

Bahlo, Julia; Cergel, Sylvia; Faust, Stefanie; Jacobs, Sophie; Kleeberg, Hubertus; Orlik, Marc; Schmitt, Annegret; Treutwein, Jonas and Wehr, Christine (2014) Entwicklung eines biologischen Pflanzenschutzmittels aus Süßholz mit sicherer Wirkung im Freiland unter Nutzung effizienter Anwendungstechnik; Arbeitsschwerpunkt 1: Industrielle Forschung und Grundlagen. [Development of a biological plant protection product from Liquorice with proven efficacy in the field using suitable application technology. Work focus 1: Industrial and basic research.] Trifolio-M GmbH, D-Lahnau und Julius Kühn-Institut (JKI), Institut für Biologischen Pflanzenschutz, D-Darmstadt .

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PDF - German/Deutsch (Schlussbericht - Trifolio-m GmbH, Teilprojekt 1: Formulierung, Standardisierung und Extraktionsoptimierung)
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PDF - German/Deutsch (Schlussbericht - Julius Kühn-Institut (JKI), Teilprojekt 2: Wirkungsmechanismen und Vorprüfungen für Freilandanwendungen)
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PDF - German/Deutsch (Merkblatt)
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Summary

Zusammenfassung Teilprojekt1: Formulierung, Standardisierung und Extraktionsoptimierung
In dem Verbundvorhaben sollte ein praxistaugliches Süßholzpräparat entwickelt und damit Anwendungsstrategien gegen Falschen Mehltau und P. infestans im Freiland an Gurke, Tomate bzw. Kartoffel entworfen werden. Diese sollten eine wirksame Regulierung dieser Schlüssel Pathogene ermöglichen und somit die praxisübliche Anwendung von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln reduzieren oder sogar ersetzen.
In dem zu bearbeitenden Teilprojekt von Trifolio-M lag der Schwerpunkt auf der technischen Optimierung des Extraktionsverfahrens und auf der Entwicklung einer wirkungssicheren Formulierung, die in verschiedenen Test Systemen unter Glas, Semi-Freiland und Freilandbedingungen getestet wird.
Die bisher entwickelten Formulierungen wiesen trotz vieler Optimierungen keine ausreichende UV- und Regenstabilität für den Einsatz im Freiland auf, folgende Teilziele wurden jedoch erreicht:
- Die Wirksamkeit der drei Hauptinhaltsstoffe, die maßgeblich für die befallshemmende Wirkung des Süßholzextraktes verantwortlich sind, wurde bestätigt.
- In vitro und in vivo UV-Tests zur Erfassung der UV-Stabilität der optimierten Formulierungen wurden etabliert.
- Ausgewählte Formulierungen demonstrierten einen ausreichend stabilen Wirkstoffgehalt während einer simulierten 2-jährigen Lagerung.
- Ein im Hinblick auf Energie-, Zeit- und Lösungsmittelbedarf optimiertes Extraktionsverfahren konnte weitestgehend in eine großtechnische Aufbereitung übertragen werden.
- Optimierte Formulierungen lassen sich gut mit praxisüblichen Düsen ausbringen.
- Der Wirkstoffbedarf konnte in den Formulierungen um 60% gegenüber dem im Rohextrakt gesenkt werden bei gleicher Wirksamkeit im GWH.
- Durch die Kontaktwirkung des Süßholzextraktes muss ein hoher Bedeckungsgrad auf den zu schützenden Pflanzenteilen erreicht werden.
Die Forschungsarbeiten zur Entwicklung eines Fungizides aus Süßholz werden mit den während des Projektes gewonnenen Erfahrungen z.T. in weiteren nationalen und internationalen Projekten fortgesetzt.
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Zusammenfassung Teilprojekt 2: Wirkungsmechanismen und Vorprüfungen für Freilandanwendungen
Im Projekt "Entwicklung eines biologischen Pflanzenschutzmittels aus Süßholz mit sicherer Wirkung im Freiland unter Nutzung effizienter Anwendungstechnik, Arbeitsschwerpunkt 1: Industrielle Forschung und Grundlagen; Teilprojekt 2: Wirkungsmechanismen und Vorprüfungen für Freilandanwendungen“ wurden die UV Beständigkeit formulierter Süßholzextrakte für die weitere Testung im Freiland geprüft (Arbeitsschwerpunkt 2), sowie Untersuchungen zu wirksamen Fraktionen und zum Wirkmechanismus durchgeführt.
Formulierungen mit verbesserter Wirkung wurden identifiziert. Bislang konnte jedoch noch keine ausreichend UV-beständige, direkt für die Praxis nutzbare Formulierung gefunden werden. Ergebnisse, die für die weitere Entwicklung des Extraktes bedeutend sind, waren wie folgt:
Formulierungen aus Glycyrrhiza glabra-Extrakt (Suspendierbares Konzentrat, 2 % w/v) sollten in Tomaten/Phytophthora infestans mit ca. 800 L/ha ausgebracht werden, um hohe Anfangswirkungen zu erreichen. In Untersuchungen zu wirksamen Fraktionen erreichte Fraktion 4 (Sterole/ Terpenoide) in Gurke/Pseudoperonspora cubensis bei 2,55 % w/v 50 % Wirkungsgrad. Fraktion 6 (Flavonoide) und der Rohextrakt hatten in Tomate eine EC50 von 0,19 % w/v.
Für Fraktion 4 wurde in vitro keine sporozide Wirkung gegen P. infestans gezeigt. Fraktion 6 und der Rohextrakt unterdrückten bei 0,1 % w/v (Fraktion 6) bzw. 0,04 % w/v (P1) die Zoosporenentlassung von P. infestans und hatten auch sporozide Wirkung.
Welcher Anteil der indirekten Wirkung von Süßholz gegen Oomyceten an der Gesamtwirkung zukommt, ist noch abschließend zu klären. Allerdings scheint die Hauptwirkung ad planta eine direkte zu sein.
Rohextrakt, Fraktion 6 und Fraktion 4 hatten eine positive Wirkung auf die physiologische Leistungsfähigkeit der Pflanzen (Chlophyllfluoreszenz-Messungen). Dies zeigte sich in einer Erhöhung der Stresstoleranz gegen biotischen (P. cubensis) bzw. abiotischen Stress (Seneszenz). Letzterer wurde nur für Fraktion 6 und den Rohextrakt geprüft.
Insgesamt lag ein pflanzenstärkender Einfluss nach Süßholzbehandlung in Gurke neben der fungistatisch/fungiziden Wirkung des Extraktes vor. Dies erweitert das Anwendungspotential von G. glabra-Extrakt, nicht nur im Pflanzenschutz gegen Oomyceten, sondern auch für die Pflanzenstärkung.

Summary translation

Abstract Part 1: Formulations, Standardisation, Optimization of extraction procedure
Leave extracts derived from liquorice (Glycyrrhiza glabra) possesses the potential to be highly effective against downy mildew and P. infestans under controlled conditions.
However, disease controlling effects in the field are still unstable.
The overall project goal was the development of a plant protection product based on liquorice leave extracts which is highly effective and stable under field conditions.
As a second goal an appropriate application strategy should be developed to control key plant diseases in cucumbers, tomatoes and potatoes. Such novel strategy should replace or reduce the common use of copper- based products.
The main goal of Trifolio-M GmbH was to optimize the extraction procedure and the development of a suitable formulation. Next, suitable formulations should be tested in different locations and target crops. We can conclusively state that no sufficient stable formulation could be identified with a sufficient protection level under field conditions.
Nevertheless following main results could be obtained:
- The major active ingredients were identified and their efficacies in controlling P.
infestans were confirmed.
- The extraction procedure was standardized and optimized in regard of the duration, the amount of solvent and the temperature used and finally transferred on pilotplant scale level.
- In vitro and in vivo UV-Test system was established to evaluate UV stability of testformulations.
- Some of the test-formulations demonstrated sufficient storage stability in regard of the main active substances in a period of two years used simulated storage conditions.
- The application of test-formulations was possible with standard nozzles.
The development of a liquorice based fungicide will be continued in other projects and the results achieved so far will be very helpful and build the fundament to reach the final goal.
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Abstract Part 2: Mode of action and pre-selection for field application
In the frame of the project “Development of` a biological plant protection agent from liquorice with proven efficacy in the field using suitable application technology, work focus 1: Industrial and basic research, project part 2: Mode of action and pre-selection for field application”, formulations with improved UV-stability for testing in the field (in work focus 2), active fractions and mode of action were investigated. Formulations with improved efficacy were identified. Until now, a sufficient UV-stable formulation for use in practice was not found. Important results for further development of liquorice extracts are as follows.
In order to get high initial activity in tomato/Phytophthora infestans, formulations from Glycyrrhiza glabra extract (suspendable concentrate, 2 % w/v) should be applied with 800 L/ha.
Investigations on active fractions in cucumber/Pseudoperonspora cubensis showed 50 % efficacy for fraction 4 (sterols/terpenoids) at 2.55 % w/v. Fraction 6 (flavonoids) and raw
extract revealed an EC50 value at 0.19 % w/v.
In vitro, no direct activity against P. infestans was found for fraction 4. Fraction 6 and raw extract suppressed zoospore release of P. infestans at concentrations as low as 0.1 % w/v (fraction 6) and 0.04 % w/v (P1), respectively, and showed sporocidal effects. To what extent indirect mechanisms play a role in the overall activity of liquorice extract against oomycetes remains to be clarified. But the main mode of action ad planta appears to be based on direct effects on the pathogen.
Raw extract, fraction 6 and fraction 4 showed positive effects on physiological performance of plants (chlorophyll fluorescence). They increased tolerance against biotic (P. cubensis) and abiotic (senescence) stress. The latter was investigated for fraction 6 and raw extract, only.
Overall, after application of liquorice extract in cucumber a plant strengthening effect was found along with fungistatic/fungitoxic effects. This enlarges the potential use of G. glabra extract, not only in plant protection against oomycetes, but also for plant strengthening applications.

EPrint Type:Report
Keywords:BÖLN, BOELN, BÖL, BOEL, FKZ 09OE036, FKZ 09OE038, FKZ 09OE101, FKZ 09OE102, Kraut- und Braunfäule, Phytophthora infestans, Falscher Mehltau, Süßholz, Pflanzenextrakt, Kupferersatz, Kupferreduzierung, Formulierung, Oomyceten
Subjects: Crop husbandry > Production systems > Vegetables
Crop husbandry > Crop health, quality, protection
Research affiliation: Germany > Federal Organic Farming Scheme - BOELN > Plants > Pflanzenschutz
Germany > Federal Research Centre for Cultivated Plants - JKI > Institute for Biological Control
Germany > Other organizations
Related Links:http://www.bundesprogramm-oekolandbau.de, http://www.bundesprogramm.de/fkz=09OE036, http://www.bundesprogramm.de/fkz=09OE101, http://orgprints.org/cgi/saved_search?savedsearchid=1312
Deposited By: Cergel, Dipl. Ing. agr. Sylvia
ID Code:27743
Deposited On:11 Nov 2014 14:37
Last Modified:14 Nov 2014 11:33
Document Language:German/Deutsch
Status:Unpublished
Refereed:Not peer-reviewed
Additional Publishing Information:Gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages im Rahmen des Bundesprogramms Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft.
Projektleitung:
Teilprojekt 1: Formulierung, Standardisierung und Extraktionsoptimierung (FKZ 09OE036): Dr Hubertus Kleeberg, Trifolio-M GmbH
Teilprojekt 2: Wirkungsmechanismen und Vorprüfungen für Freilandanwendungen (FKZ 09OE101): Dr. Annegret Schmitt, Julius Kühn-Institut (JKI), Institut für Biologischen Pflanzenschutz
Im Rahmen des hier beschriebenen Projekts wurde ein Merkblatt erstellt. Eine Datei mit dem Text des Merkblatts kann neben dem Schlussbericht von dieser Seite aus heruntergeladen werden (siehe Link oben: "PDF (Merkblatt)").

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