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Maßnahmen zur Reduzierung von Pilzbefall bei Gartenkresse (Lepidium sativum) zur Gewinnung von erregerfreiem Saatgut im ökologischen Anbau

Honermeier, Bernd; Zeller, Stefanie; Blum, Hanna; Farahani-Kofoet, Roxana Djalali and Grosch, Rita (2015) Maßnahmen zur Reduzierung von Pilzbefall bei Gartenkresse (Lepidium sativum) zur Gewinnung von erregerfreiem Saatgut im ökologischen Anbau. [Measures to control fungal infestation of garden cress (Lepidium sativum L.) for producing pathogen-free seeds in organic farming.] Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, D-Gießen; Förderverein Ökoplant e.V., D-Rheinbach-Wormersdorf und Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau Großbeereb/Erfurt e.V., D-Großbeeren .

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Summary

In den letzten Jahren kam es durch das massive Auftreten von Falschem Mehltau, Perofascia lepidii, in den Vermehrungsbetrieben des ökologischen Landbaus in Deutschland zu erheblichen Problemen in der Saatgutproduktion der Gartenkresse und daraus folgend in der Saatgutverfügbarkeit. Um die heimische Produktion von ökologisch erzeugtem Kresse-Saatgut nachhaltig zu sichern, sollten im Rahmen des Projektes folgende Fragen untersucht werden:
1. Evaluierung des Schaderreger-Auftretens in Garten-Kresse in Praxis-Betrieben des ökologischen Landbaus. Durchführung von Grow-Out-Tests mit unterschiedlich belasteten Saatgutpartien und Prüfung der Wirksamkeit von Pflanzenschutz- und pflanzenstärkenden Mitteln (Teil-Projekt Ökoplant).
2. Klärung des Einflusses agronomischer Maßnahmen auf die Ertragsbildung und auf die Infektion mit Falschem Mehltau bei Garten-Kresse. Klärung der Wirksamkeit von physikalischen Saatgutbehandlungen, der Blattnässedauer, der Bodenkontamination und der Applikation von Pflanzen-Extrakten auf die Infektion mit Falschem Mehltau bei Garten-Kresse (Teil-Projekt JLU).
3. Entwicklung von Testverfahren zur Saatgutprüfung, zum Erregerbefall und zur Resistenzprüfung bei Garten-Kresse (Teil-Projekt IGZ).
In einem dreijährigen von Ökoplant durchgeführten Monitoring auf den Kresse-Vermehrungsflächen in Sachsen, Thüringen, Hessen und Rheinland-Pfalz konnten umfangreiche Kenntnisse zum Auftreten von Schaderregern und zum Befalls-Verlauf von Falschem Mehltau in Gartenkresse gewonnen werden. Es wurde deutlich, dass die Primär-Infektion vor allem von belastetem Saatgut und von befallenen Vermehrungsflächen ausgeht, auf denen bereits in den Jahren zuvor Kresse kultiviert wurde.
In einem Feld-Grow-Out-Test mit unterschiedlich belasteten Saatgutpartien, konnte unter den gegebenen Bedingungen kein Auswachsen des Erregers beobachtet und somit kein Rückschluss auf den Befallsgrad des Saatgutes gezogen werden. Der Einsatz von Pflanzenschutz- und pflanzenstärkenden Mitteln verursachte weder durch Saatgutbehandlung, noch durch Spritz-Applikation der Pflanzen, eine phytotoxische Reaktion der Gartenkresse. Es konnten jedoch keine gesicherten Effekte auf den Schaderregerbefall gefunden werden. Eine endgültige Empfehlung des Mitteleinsatzes für die Praxis kann auf dieser Basis daher noch nicht vorgenommen werden.
An der JLU durchgeführte Keimtests haben gezeigt, dass das in der Praxis verwendete Kresse-Saatgut über eine sehr gute Keimfähigkeit und Triebkraft verfügt. Niedrige Keimtemperaturen von 5 °C führen im Vergleich mit optimaler Keimtemperatur (20 °C) zu einer deutlichen Verlängerung der Keimungsphase aber nur unwesentlich zu einer Verringerung der Keimfähigkeit. Unterschiedliche Keim-Substrate üben einen moderaten Einfluss auf die Keimfähigkeit aus.
Die Gartenkresse toleriert eine Aussaat-Verzögerung bis Anfang April. Ab der zweiten April-Dekade sind, im Vergleich mit einer Aussaat Ende März, deutliche Ertragsreduktionen zu beobachten. Diese Effekte sind auf die Verkürzung der vegetativen Pflanzenentwicklung und auf die reduzierte Schotenzahl pro Pflanze zurückzuführen. Frühe Aussaaten führen tendenziell zu einer geringeren Infektion mit Falschem Mehltau. Die Pflanzendichte beeinflusst das Mikroklima und die Konkurrenzverhältnisse in einem Pflanzenbestand. Pflanzendichten von 90 – 100 Pflanzen/m2 wirken ertragsmindernd. Das Optimum liegt je nach Bodenart und Aussaattermin in der Spanne von 150 – 250 Pflanzen/m2.
Eine lange und späte Nässedauer (ab Schossbeginn) fördert sehr deutlich die Infektion mit Falschem Mehltau. Das Trockenhalten der Pflanzenoberfläche durch einen „Rain-Shelter“ reduzierte die Infektion mit Falschem Mehltau drastisch. Die Wasserdampf-Behandlung (65 und 68 °C, 60 – 90 sec) und die Elektronen-Behandlung (11,9 und 17,9 kW/m) hatten keinen gesicherten Einfluss auf die Infektion mit Falschem Mehltau. Die Erhöhung der Temperatur während der Wasserdampf-Behandlung von 68 auf 70 °C (60 sec) wird von der Garten-Kresse toleriert. Die Verlängerung der Behandlungsdauer auf 90, 120 und 150 sec (je 70 °C) führt dagegen zu einem linearen Rückgang der Keimfähigkeit. Dieser Effekt wird unter Feldbedingungen noch verstärkt.
Von den geprüften Pflanzen-Extrakten (Gefäßversuche, mehrmalige Behandlung der Pflanzen) zeigten Süßholz-Kraut, Origanum und Hopfen im Vergleich mit der Kontrolle und der Wasser-Applikation tendenziell eine inhibierende (den Befall verzögernde) Wirkung auf den Falschen Mehltau in Gartenkresse. Anis und Melisse zeigten dagegen keine Wirksamkeit.
Zur Kontrolle von Saat- und Pflanzgut wurde im IGZ eine molekularbiologische Nachweismethode auf Basis von Fingerprint-Mustern etabliert. Ausgangspunkt für die Testverfahren sind Kenntnisse zur Biologie von P. lepidii. Die Sporenkeimrate von P. lepidii SE 1-11 in vitro liegt je nach Sporenform (frisch oder gefroren) bei etwa 30 bzw. 20 % und erfolgt bei Temperaturen von 5 und 10 °C. Die Befallsstärke (BS) und Befallshäufigkeit (BH) durch den Erreger sind abhängig von der Inokulum-Konzentration, Inokulum-Form und der Zeit nach der Inokulation. Im Vergleich zu gefrorenen Sporen verursachen frische Sporen die höchsten BS und BH. Gefrorene Sporen (3 x 105 Sporen ml-1) können 13 dpi hohe BS und BH verursachen und eignen sich für die Untersuchungen zur Krankheitsentwicklung. P. lepidii kann innerhalb eines weiten Temperaturbereiches (13 bis 25 °C) Kresse-Pflanzen infizieren, wobei die höchsten BS bei 20 °C erreicht werden.
Die Blattnässedauer (BD) spielt beim FM eine wesentliche Rolle in der Krankheitsentwicklung. Sie korreliert positiv mit der Krankheitsentwicklung, wobei bereits bei einer geringen BD von einer Stunde nach Inokulation von Kressepflanzen befallene Pflanzen beobachtet werden können. Anhand dieser Erkenntnisse wurde eine Testmethode entwickelt, die für die Bewertung des Saatgutes und des Bodens als Primärinfektionsquellen und für Resistenzscreening von Lepidium-Akzessionen angewandt wurde. Von den 93 Lepidium-Akzessionen, die auf Anfälligkeit gegen P. lepidii SE 1-11 geprüft wurden, konnten keine resistenten Herkünfte gefunden werden.
Im Ergebnis der Prüfung der Wirtsspezifität von P. lepidii SE 1-11 an einigen ausgewählten Brassica-Kulturarten wie Raps und Senf sowie dem Kruziferen-Unkraut, Acker-Schmalwand, wurden diese als Nicht-Wirte eingestuft, da der Erreger auf diesen weder Symptome verursachte noch spekulierte. Aus den vom Boden isolierten Erreger-Populationen konnten im Vergleich zum Stammisolat P. lepidii SE 1-11 Unterschiede in der Virulenz erkannt werden. In den Samen-Grow-out-Tests, die unter kontrollierten Bedingungen zur Erfassung der primären Inokulum-Quelle durchgeführt wurden, konnte der Erreger zu keiner Zeit aus Pflanzen herauswachsen. Mittels PCR konnte jedoch der Erreger im Stängel nachgewiesen werden.
In Grow-out-Versuchen, die im Feld durchgeführt wurden, konnte im Vegetationsjahr 2013 aus einigen Saatgutchargen, die aus Praxisschlägen stammten, erstes Krankheitsauftreten vom FM beobachtet werden, der sich später im Feld epidemisch verbreitete. Die Untersuchung von Bodenproben aus Praxisflächen zeigte, dass die Böden teilweise stark verseucht waren und ebenfalls als primäre Inokulum-Quellen dienten. Die Nachverfolgung einiger Böden mit einer Anbau- und Befalls-Historie zeigten, dass der Erreger in der Lage ist, mindestens bis zu sechs Jahren im Boden zu überdauern.

Summary translation

Garden cress (Lepidium sativum L., Brassicaceae) is cultivated as edible sprouts containing isothiocyanates that are responsible for its spicy taste. Recently the seed production of Garden cress cultivated in German organic farming is confronted with severe problems because of the occurrence of the downy mildew pathogen, Perofascia lepidii. Hence, cress seed availability is suffering heavily. The goal of the project was to provide measures to ensure sustainable endemic ecological seed production in organic farming based on the biology and epidemiology of the responsible downy mildew pathogen. Furthermore the influence of established seed treatments methods, varying growing conditions and cultivation methods on seed production and downy mildew infection should be investigated. The investigations were attended by three years of monitoring of disease occurrence in ecological garden seed producing farms.
For examination of contaminated seeds and plant materials a specific molecular detection method for Perofascia lepidii was evolved. Based on a resistance-screening method garden cress accessions were tested for resistance against P. lepidii. Among them no downy mildew resistant varieties could be found. The infection of seeds was proved by in vivo assays (grow-out tests) under controlled and field conditions. No plants with downy mildew symptoms were observed after sowing contaminated seeds in contrast to a field trial where plants with downy mildew symptoms could be detected in some seeds charges. Additionally, investigations on soil infestation underlined that the soil can act as primary inoculum source for infestation of garden cress with the downy mildew pathogen for at least six years.
In a further subproject different pot experiments (under open vegetation conditions) and field experiments under organic farming conditions were carried out. The seeds of Garden cress were characterized by high germiniability (> 90%) under varying temperatures during the germination phase. Cold stress (5 °C) elongated the
duration of seed germination phase but did not modify the germination rate clearly. Hot steam treatment of the seeds higher than 68 °C (> 120 sec) may decrease the seed viability clearly. Early sowing of Garden cress end of March until beginning of April can be recommended for seed production. Delayed sowing from end of April until beginning of May shortened the juvenile development stage of the plants resulting in less side brunches, lower thousand grain weight and reduced seed yield. High plant densities led to increased inter-specific competition as well as higher humidity within the plant stand. Plant densities between 150 and 200 plants/m2 are recommended for cultivation under fertile soil conditions. Moistening of plant leaves (or plant surface) over a long period had a strong effect on fungal infestation of cress plants.

EPrint Type:Report
Keywords:BÖL, BOEL, BÖLN, BOELN, FKZ 10OE030, FKZ 10OE115, FKZ 10OE116, Kresse, Pflanzenschutz, ökologischer Anbau, Gewürzpflanzen, Falscher Mehltau, Perofascia lepidii, Saatgut
Subjects: Crop husbandry > Production systems > Vegetables
Crop husbandry > Breeding, genetics and propagation
Crop husbandry > Crop health, quality, protection
Research affiliation: Germany > Federal Organic Farming Scheme - BOELN > Plants > Pflanzenschutz
Germany > Institute of Vegetable and Ornamental Crops - IGZ
Germany > University of Gießen > Institute of Agronomy and Plant Breeding I
Germany > Other organizations
Related Links:http://www.bundesprogramm-oekolandbau.de, http://orgprints.org/cgi/search/advanced?addtitle%2Ftitle=&keywords=10OE115&projects=BOEL&_order=bypublication&_action_search=Suchen, http://orgprints.org/cgi/saved_search?savedsearchid=1384
Deposited By: Honermeier, Prof. Dr. Bernd
ID Code:29444
Deposited On:12 Nov 2015 09:11
Last Modified:12 Nov 2015 09:11
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.
Bei dem hier eingestellten Schlussbericht handelt es sich um einen Gesamtschlussbericht, an dem die Teilprojekte FKZ 10OE115, FKZ 10OE116 und FKZ 10OE030 beteiligt waren.
Projektleitung und Koordination des Gesamtvorhabens (FKZ 10OE115): Prof. Dr. Bernd Honermeier, Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung

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