Untersuchungen zur Interaktion von Claviacter michiganensis subsp. michiganensis mit unterschiedlichen Tomatensorten und zur phytosanitären Saagutbehandlung mittels Plasma unter Atmosphärendruck

Abstract

Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis ist ein weltweit verbreitetes, Gram-positives Bakterium das die bakterielle Welke an Tomaten (Solanum lycopersicum) verursacht und hauptsächlich die Xylemgefäße der Pflanzen befällt. Da es momentan noch keine resistenten Sorten gibt und die Bekämpfung schwierig ist, wird Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis in der EU und weiteren Ländern als Quarantänekrankheit behandelt und unterliegt strengen Regularien. Um die Interaktion zwischen Pathogen und Wirtspflanze genauer zu untersuchen, wurden die Tomatensorten Moneymaker, Lyconorma, Irat L3 und Hawaii 7998 in einem Screening auf ihre Anfälligkeit gegenüber Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis getestet und in anfällig und gering anfällig eingestuft. Anschließend erfolgte eine histologische Untersuchung des Pflanzenmaterials. Dabei zeigten die anfälligen Sorten Moneymaker und Lyconorma mehr Gefäßverstopfungen als die gering anfälligen Sorten Irat L3 und Hawaii 7998. In den gering anfälligen Sorten konnte desweiteren eine vermehrte Thyllenbildung beobachtet werden. Allgemein konnte gezeigt werden, dass die infizierten Pflanzen im Vergleich zu den Kontrollpflanzen mehr phenolische Substanzen und Kallose bilden. Eine Ligninanreicherung beim infizierten Gewebe konnte nur geringfügig im Bereich des primären Xylems gezeigt werden. Die histochemische Untersuchung der Gefäßverstopfungen ergab eine positive Reaktion auf Proteine, Polysaccharide, Lipide, Suberin und Pektin. Färbungen von Bakterienausstrichen zeigten bis auf Pektin ebenfalls eine positive Reaktion. Eine genauere Begutachtung mittels Rasterelektronenmikroskop und Immunofluoreszenzfärbung zeigte, dass die Gefäßverstopfungen hauptsächlich aus einer gelartigen Substanz bestanden. Gelegentlich konnten Ansammlungen von Bakterien in den Xylemgefäßen entdeckt werden. Vergleiche in der Ausbreitung von Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis zwischen der anfälligen Sorte Moneymaker und der gering anfälligen Sorte Irat L3 durch den Nachweis mittels PCR (Primer Cmm5/Cmm6) und Ausplattierung auf semiselektivem Medium (mSCM) ergab, dass sich das Bakterium in der anfälligen Sorte etwas besser und schneller ausbreitet. Bei Untersuchungen zur Reaktion der verschiedenen Tomatensorten auf die Stoffwechselprodukte von Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis, bei denen junge Pflanzen in Filtrate von Schüttelkulturen inkubiert wurden, zeigte sich nach 24 h in allen Sorten eine gleichmäßige Welke und ein damit verbundender Gewichtsverlust. Die unterschiedliche Anfälligkeit der Sorten gegenüber Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis scheint somit auf die schnellere Erkennung und der damit verbundene, bessere Pathogenabwehr in den geringer anfälligen Sorten begründet zu sein. Da die Lokalisation von Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis auf infizierten Tomatensamen und die daraus resultierende Infektion des Keimlings noch immer nicht vollständig geklärt ist, wurden Immunofluoreszenzfärbungen infizierter Samen und Keimlinge durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis auf der Samenoberfläche lokalisiert ist und den Keimling durch das Auskeimen aus dem Samen an der Keimwurzel, dem Hypokotyl und den Keimblättern infiziert. Da Plasma eine neue innovative Methode zur Sterilisation verschiedenster Materialen ist, wurde geprüft, ob diese Technologie sich auch zum Desinfizieren von mit Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis infiziertem Tomatensaatgut eignet. Versuche mit einer reinen Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis-Suspension zeigten, dass durch Atmosphärendruckplasma die Anzahl der Kolonien bildenden Zellen innerhalb der ersten Sekunden drastisch reduziert werden kann. Die direkte Behandlung war dabei effektiver als die indirekte Behandlung im Luftstrom hinter der Plasmaentladung. Untersuchungen an infiziertem Saatgut zeigten jedoch keine nennenswerte Reduktion. Desweiteren wurden negative Beobachtungen bei der Keimlingsentwicklung gemacht. Es kam bei den mit Plasma behandelten Proben zu einer Verfärbung der Keimwurzel, die gelegentlich sogar abgestorben schien. In der weiteren Entwicklung kam es dann im Vergleich zur Kontrolle zu einer stärkeren Verzweigung der Keimwurzel und einer geringeren Entwicklung der Keimlinge. Damit ist deutlich, dass sich das untersuchte Plasma nicht als neue Desinfektionsmethode von Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis an Tomatensamen eignet.