Halmbasis- und Wurzelkrankheitserreger an Weizen (Trititcum aestivum L.) in Energiefruchtfolgen und Bedeutung des Halmbasisbefalls mit Fusarium culmorum (W. G. Smith) Sacc. und Fusarium graminearum (Schwabe) für die Mykotoxin-Kontamination der Pflanze

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollten anhand eines zweifaktoriellen Feldversuchs bestehend aus den Faktoren Fruchtfolge und Pflanzenschutz die Potenziale zur Reduktion von fruchtfolgebedingten Halmbasis- und Wurzelkrankheitserregern an Weizen (Triticum aestivum L.) durch eine geschickte Kombination von Energiefrüchten aufgezeigt werden. Ein Schwerpunkt lag hierbei auf Halmbasisfusarium und die Ausbreitung des Mykotoxins Deoxynivalenols (DON) von der Halmbasis bis in die Ähre. Hierzu wurden vier Fruchtfolgen mit einer unterschiedlichen Dichte an Ackerkulturen etabliert: (1) Maisdaueranbau, (2) Raps – Winterweizen, (3) Raps – Grünroggen/Mais – Winterweizen und (4) Raps – Winterweizen – Grünroggen/Mais – Winterweizen. Der Versuch wurde auf Versuchsflächen der Universitäten Göttingen und Rostock äquivalent angelegt. Die Erhebungen erfolgten in den Jahren 2010 und 2011. Die Bedeutung der halmbürtigen Mykotoxine für die Belastung des Korns wurde in ergänzenden Untersuchungen unter kontrollierten Bedingungen untersucht. Durch eine visuelle Befallsbonitur im Entwicklungsstadium (ES) der späten Milchreife (ES 77) erfolgte die Ermittlung der Befallshäufigkeit von Rhizoctonia cerealis, Oculimacula yallundae/acuformis, Fusarium spp. und Gaeumannomyces graminis var. tritici an der Halmbasis bzw. Wurzel von Weizen. Mykotoxinnachweise (ELISA-Test) des Leittoxins Deoxynivalenol (DON) und DNA-Quantifizierungen (qPCR) von toxinproduzierenden Fusariumarten in Pflanzen aus Feld-, Gewächshaus- und Klimakammerversuchen gaben weiterhin Aufschluss über die Mykotoxinbelastung der Pflanze und systemische Verlagerung von DON nach einem Befall der Halmbasis von Winterweizen mit Fusarium culmorum und F. graminearum. R. cerealis hatte mit einer Befallshäufigkeit von unter 0,5% in beiden Untersuchungsjahren 2010 und 2011 kaum eine Bedeutung. Erhöhte Befallshäufigkeiten konnten für G. graminis var. tritici mit ca. 20% im Jahr 2010 am Standort in Göttingen und 2011 am Standort in Rostock festgestellt werden. Die Befallswerte waren mit <5 sehr niedrig. Für O. yallundae/acuformis konnten leicht erhöhte Befallshäufigkeiten von maximal 25% bzw. 37% an den Standorten in Rostock und Göttingen im Jahr 2010 festgestellt werden. Im letzten Untersuchungsjahr waren die Befallshäufigkeiten mit 7% bzw. 15% an den Standorten Göttingen und Rostock auf einem niedrigen Niveau. Die zweijährigen Erhebungen in den Jahren 2010 und 2011 machten deutlich, dass Fusarium spp. der dominierende Erreger mit 28% am Standort in Göttingen und 63% am Standort in Rostock an der Halmbasis im Mittel der Jahre war. Es zeigte sich für das Abschlussjahr 2011, dass nach dem Jahreseffekt die Fruchtfolge (18% am Standort in Göttingen) bzw. die Interaktion aus Fruchtfolge und Jahreseffekt (19% am Standort in Rostock) den größten Einfluss auf die Befallshäufigkeit von Fusarium spp. hatte. Die Bewertung der Fruchtfolgen erfolgte anhand der Befallshäufigkeiten von O. yallundae/acuformis und Fusarium spp., die am häufigsten in dieser Untersuchung auftraten. Der Vergleich fand auf Grundlage der Befallshäufigkeiten in der Variante ohne Fungizidapplikation statt und wurde mit denen der Variante mit dem situationsbezogenen Pflanzenschutz verglichen. Es konnte festgestellt werden, dass bei beiden Krankheiten die kurze Fruchtfolge 2 (Raps-Weizen) die höchsten Befallshäufigkeiten aufwies. Eine Fungizidapplikation führte häufig zu einer Reduktion des Befalls in den einzelnen Fruchtfolgen, was aber nicht immer statistisch absicherbar war. Am stärksten reduzierten sich die Befallshäufigkeiten, wenn die Fruchtfolgen aufgelockert wurden. Durch die Eingliederung einer Maiskultur in Kombination mit einer Zwischenfrucht wurde die enge Raps-Weizen Folge unterbrochen, wie es in Fruchtfolge 3 (Raps-Zwischenfrucht/Mais-Weizen) zu erkennen war. Zusätzlich zeigte der unterschiedliche Aussaattermin (früh/spät) in den Anbausystemen einen hochsignifikanten Einfluss (p = 0,000) auf die Befallshäufigkeiten, insbesondere Frühsaaten förderten den Befall. Im Fall von Fusarium spp. zeigte der Vergleich der Fruchtfolgen 2 und 3 eine Reduktion der Befallshäufigkeit um ca. 70% an den Standorten in Göttingen und Rostock. Durch die Fungizidmaßnahme in Fruchtfolge 2 und 3 reduzierte sich der Befall am Standort in Göttingen um weitere 40-50%. Für O. yallundae/acuformis wurde der Unterschied der Fruchtfolgen 2 und 3 noch deutlicher. Die Befallshäufigkeiten reduzierten sich um nahezu 100% an den Standorten in Göttingen und Rostock. Der Vergleich zur Variante mit situationsbezogenem Pflanzenschutz in der Fruchtfolge 2 machte deutlich, dass die Pflanzenschutzmaßnahme den Befall signifikant um 50% reduzierte. Die Belastungen der Kornproben mit dem Mykotoxin DON waren sehr gering, wohingegen die Weizenstoppel der Fruchtfolge 4 in der Variante PS-F0 mit bis zu 6000 µg DON/kg TM kontaminiert war. Proben der Fruchtfolge 3 mit 33% Weizenanteil wiesen mit 2500 µg/kg TM die niedrigsten Gehalte an DON auf. In den Fruchtfolgen 2 und 4 mit 50% Weizenanteil wurden nahezu doppelt so hohe Mengen an DON festgestellt. Im Mittel reduzierte die Fungizidmaßnahme zu ES 31 und 51/55 den DON-Gehalt in der Stoppel signifikant um 50%. Der DON-Nachweis im Substrat der Ganzpflanze von Mais zeigte für den Maisdaueranbau leicht erhöhte Werte von 1800 µg DON/kg TM. Mit abnehmendem Maisanteil in der Fruchtfolge reduzierten sich die DON-Gehalte im Maissubstrat. In Proben der Fruchtfolge 4 mit 25% Maisanteil wurde ein um 80% geringerer DON-Gehalt ermittelt. Die ausgewiesene Grünroggensorte Borfuro wies nach künstlicher Infektion an der Halmbasis mit F. graminearum in Gewächshausversuchen über 4500 µg DON/kg TM in der Ganzpflanze zu ES 73 auf und war damit doppelt hoch mit DON kontaminiert wie eine konventionelle Roggensorte. Dieser signifikante Sortenunterschied wurde durch die Bestimmung pilzlicher DNA in der Halmbasis bestätigt. Durch den Rostocker Aktivitätstest mit hoch DON-belastetem Grünroggen im Mini-Batch Verfahren konnte gezeigt werden, dass DON keine inhibitorische Wirkung auf den Fermentationsprozess hat. Es wurde aber eine 10% geringere Gasausbeute in den Varianten mit kontaminiertem Material festgestellt. Kurze Fruchtfolgen mit Energiepflanzen (Raps–Weizen) führen zu nicht unerheblichen Befallshäufigkeiten von O. yallundae/acuformis und Fusarium spp. an der Halmbasis von Weizen. Eine Kombination der Energiefrüchte Raps, Mais und Weizen in Verbindung mit einem späten Saattermin und wendender Bodenbearbeitung verhindert fast vollständig das Auftreten von O. yallundae/acuformis und reduziert signifikant den Befall mit Fusarium spp. an Weizen. Fruchtfolgen mit einem hohen Anteil von Mais bzw. führen auch zu hohen Gehalten an DON im Ganzpflanzensubtstrat von Mais bzw. in der Halmbasis von Weizen. Zwar hat die Toxinbelastung des Ganzpflanzensubstrats von Mais keine negativen Auswirkungen auf den Gärprozess, aber ist die Gasausbeute reduziert. Es Auswirkungen von Fusariuminfektionen auf die Gärqualität von Mais sollten daher in weiteren Untersuchen näher betrachtet werden.