Möglichkeiten einer Schadminderung der Schwarzbeinigkeit an Weizen mittels apathogener Pilze

Zentralbl. Mikrobiol. 145 (1990), 579-584 Gustav Fischer Verlag lena

[Forschungszentrum fur Bodenfruchtbarkeit Muncheberg der Akademie der Landwirtschaftswissenschaften]

Moglichkeiten einer Schadminderung der Schwarzbeinigkeit an Weizen mittels apathogener Pilze II. Mitteilung: Einsatz von Pilzisolaten in Gefali- und Feldversuchen Possibilities of a Diminution of the Pathogenity of Take-all to Wheat by Utilization of Apathogenic Fungi II. Contribution: Use of Fungi-isolates on Pot and Field Trials CLAUDIA AUGUSTIN Key words: Gaeumannomyces graminis, preinoculation, hypovirulence, Phialophora spp., wheat

Summary In semi- and unsterile pot and in 3 years-field trials apathogenic Gaeumannomyces- and Phialophora-isolates isolated by the autor oppressed to a large extent the damage caused by the aggressive strains of Gaeumannomyces graminis var. tritici on wheat. The wheat yield was near the yield of the controls, partially a yield increase of the shoot dry matter and of the grain was even observed in comparison with the yield of the controls.

Zusammenfassung In den vorgestellten Untersuchungen bewirkten die selektierten apathogenen Gaeumannomyces graminis- und Phialophora-Isolate in semi- und unsterilen GeHiE- und in dreijiihrigen Feldversuchen eine Unterdnickung der Schadwirkung aggressiver Gaeumannomycesgraminis var. tritici-Stiimme bei Winterweizen. Die Ertrage erreichten das Niveau der Kontrollen, und teilweise wurden sogar die SproEtrockenmasse und der Kornertrag gegeniiber den jeweiligen Kontrollen erhoht.

Der Erreger der Schwarzbeinigkeit von Getreide, Gaeumannomyces graminis (SACC.) ARX & OIVIER var. tritici WALKER, verursacht, wie wiederholt beschrieben, volkswirtschaftlich bedeutsame Ertragsausfalle bei Winterweizen, Winterroggen und Wintergerste (STEINBRENNER 1987). Das Problem trifft in besonderem MaBe fur den Pflanzenbau auf Boden mit geringem Tonanteil ZU, auf denen durch einen hohen Getreideanteil in der Anbaustruktur das Vorkommen und Auftreten des Pathogens gefordert wird. Wie schon in der 1. Mitteilung (AUGUSTIN 1989) dargestellt, kommt bei der Suche nach Moglichkeiten einer Schadeinschrankung dieses Erregers biologischen Methoden bzw. MaBnahmen eine vorrangige Bedeutung zu. Ausgehend von Literaturbefunden konnte in entsprechenden Untersuchungen gezeigt werden, daB sich avirulente Stamme des Erregers (TIVOLI et al. 1974) und Stamme der morphologisch ahnlichen Phialophora-Pilze (DEACON 1973, 1974, 1976; SIVASITHAMPARAM 1975) prinzipiell fur diesen Einsatzzweck eignen. Gleichzeitig muBte aber auch die bekannte Erscheinung der nicht immer eindeutigen Wirkung mikrobieller Antagonisten festgestellt werden. Die Ursachen dafur konnen sehr unterschiedlicher Natur sein. Hierbei spielen okologische (CHAMBERS 1970; Blanch 1977), physiologische (AUGUSTIN 1989) und genetische (ASHER 1980; NAIKI und COOK 1973) Faktoren eine offenbar nicht zu unterschatzende Rolle.

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Das Wissen hieriiber ist bislang jedoch noch sehr gering. Ziel weiterer Untersuchungen war es deshalb, mittels geeigneter Versuchsmethodik Aussagen tiber die Zuverlassigkeit der Wirkung pilzlicher Antagonisten, insbesondere unter Freiland- bzw. Feldbedingungen, zu erhalten. Erste Ergebnisse hierzu werden nachfolgend mitgeteilt.

Material und Methoden Aus einleitend beschriebenen Griinden erfolgte die Aufstellung eines dreistufigen Untersuchungsprogrammes: Die erste Stufe beinhaltet den semisterilen PfIanzentest unter klimatisch kontrollierten Bedingungen im Phytotron (Substrat: Quarzsand). Die Dauer der Pflanzenanzucht betrug 6 Wochen, Priifmerkmale waren SproBtrockenmasse und Wurzellange. Die Wiederholungszahl je Einzelvariante betrug 10. In der zweiten Stufe erfolgte die Pflanzenanzucht im GefiiBversuch mit unsterilem Substrat (Boden aus unverseuchten Versuchsparzellen) wahrend einer vollen Vegetationsperiode im Gewiichshaus und Friihbeet. Es wurden die SproBtrockenmasse und der Kornertrag ermittelt. Die Wiederholungszahl je Einzelvariante war ebenfalls 10. Entsprechend der Zielstellung wurde dabei in den ersten beiden Untersuchungsstufen die Wirkung jedes Antagonistenstammes mehrfach gepriift. Die Versuchsdurchfuhrung erfolgte in den einzelnen Stufen unter weitgehend standardisierten Versuchsbedingungen bei Vorgabe gleichartiger Bezugsvarianten, so daB die Ergebnisse der einzelnen Versuche trotz unterschiedlicher Einzelfragestellung miteinander vergleichbar blieben (Einzelheiten vgl. AUGUSTIN 1989). So konnten in der ersten Stufe die Ergebnisse aus 39 Einzelversuchen in die Auswertung einbezogen werden, wobei in 16 Fiillen ein Vergleich bei hoher Aggressivitiit der Kontrollstiimme und in 23 Fiillen bei fehlender Aggressivitiit gefuhrt werden konnte. Ein Vergleich der einzelnen Priiinokulationspartner zur nichtinfizierten ("gesunden") Kontrolle und bei fehlender Inokulation mit dem aggressiven Kontrollstamm erfolgte dabei insgesamt 24mal. Untersucht wurden Fragestellungen wie z. B. der Zeitpunkt einer Priiinokulation (vgl. I. Mitteilung), die Konzentration des Inokulums, die Sortenwirkung, die Beizrnittelvertraglichkeit, der EinfluB okologischer Faktoren (Bodenfeuchte und -temperatur). Die Mitteilung der detaillierten Versuchsergebnisse erfolgt zu einem spiiteren Zeitpunkt. In die Auswertung der zweiten Untersuchungsstufe gingen insgesamt 23 Einzelversuche ein, wobei in II Ansiitzen die Kontrollstiimme eine hohe Aggressivitat und in 12 Ansatzen einen Virulenzverlust aufwiesen. Die Anzahl der Vergleiche der einzelnen Prainokulationspartner zur nichtinfizierten Kontrolle bei fehlendem Erreger betrug 16. Untersucht wurde der EinfluB der Konzentration des Inokulums, der Konzentrationsverhaltnisse zwischen Prainokulationspartner und aggressivem Kontrollstamm sowie Art bzw. Form des Inokulums. Die dritte Untersuchungsstufe stellt den wichtigsten Versuchsabschnitt dar. Es handelt sich dabei urn die Priifung der Antagonistenwirkung im Feldversuch. Hierzu wurden die ersten Experimente auf einer sandigen Versuchsfliiche im Raum Miincheberg ausgefiihrt (Standorttyp: D 3a; Bodentyp: Albic Luvisol). Die Grobe der Versuchsparzellen betrug 2,5 m x 7,0 m. Die Wiederholungszahl war 1986/87 5 und in den Folgejahren 8. 1m Gegensatz zu den GefiiBversuchen dienten in dieser Untersuchungsstufe nur pflanzen mit natiirlichem Befallsniveau als Bezugsvariante. Die Infektionsmethode (Applikation der Priiinokulationspartner) wurde im Laufe der Versuchsjahre variiert und weiter verbessert. So wurde 1986 das Inokulum in Form von bewachsenem Hiickselstroh in die obere Krumenschicht eingearbeitet. 1987 fand diese Methode und die Methode der Fliissigapplikation vor Aussaat Verwendung. 1988 und in den weiteren noch laufenden Feldversuchen konnte das Inokulum in Granulatform gemeinsam mit dem Saatgut im Verhiiltnis I: I in einer Siieinheit ausgedrillt werden.

Ergebnisse und Diskussion Die Ergebnisse der semi- und unsterilen GefaBversuche (erste und zweite Untersuchungsstufe) sind nach 3 Gesichtspunkten ausgewertet worden: Wirkung der Prainokulationspartner bei (a) hoher Aggressivitat der Kontrollstamme, (b) bei fehlender Aggressivitat der Kontrollstamme und (c) im Vergleich zur nichtinfizierten ("gesunden") Kontrolle. Aufgrund der beschriebenen "Vergleichbarkeit" der einzelnen Experimente konnten nun in Tab. 1.1 16 Versuche unterschiedlicher Fragestellung zusammengefaBt werden (Transformation aller Einzelwerte in Relativwerte bezogen auf die Werte der jeweiligen Kontrolle). Anhand des Priifmerkmals SproBtrockenmasse liiBt sich sehr gut erkennen, daB die Infektion mit dem Erreger eine deutliche Reduktion der SproBtrockenmasse verursacht hatte, die durch die einzelnen

Schadminderung der Schwarzbeinigkeit

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Tab. 1. EinfluB einer Prainokulation von apathogenen Stammen von Gaeumannomyces graminis (0) und Phialophora spp. (P) auf die Jungpflanzenentwicklung von Weizen im semisterilen Gefallversuch (Pflanzenanzucht: 6 Wochen; 10 Wiederholungen je Versuch). Table I. Influence of the preinoculation with apathogenic isolates of Gaeumannomyces graminis (0) and Phialophora spp. (P) on the growth of young wheat plants in semisterile pot experiments (plant growth: 6 weeks; 10 replications per experiment). 1.1. Wirkung der Prainokulationspartner bei hoher Aggressivitat der Kontrollstamme. 1.1. Effect of the preinoculationspartners by a high aggressivity of the control strains. Anzahl der Versuche

nichtinfizierte Kontrolle infizierte Kontrolle +033 +056 +057 +P7 +P13

16 16 16 11 11 16 16

LSD (0: = 0,05)

SproBtrockenmasse in [%]

Wurzellange in [%]

x

x

203,2+ 100 171,5 144,2+ 151,0+ 185,3+ 199,8+

269,3+ 100 224,1 + 204,6+ 203,4+ 264,7+ 261,4+

41,2

59,1

1.2. Wirkung der Prainokulationspartner bei fehlender Aggrcssivirat der Kontrollstamrne. 1.2. Effect of the preinoculationpartners by a absent aggressivity of the control strains. nichtinfizierte Kontrolle infizierte Kontrolle +033 +056/57*) +P7 +P 13

23 23 23 14 23 23

LSD (0: = 0,05)

91,9 100 118,2 114,0 120,1 118,2

99,3 100 126,9 128,5 126,8 117,8

25,7

32,6

1.3. Wirkung der Prainokulationspartner im Vergleich zur nichtinfizierten Kontrolle. 1.3. Effect of the preinoculationpartners in comparison with the noninfected control. nichtinfizierte Kontrolle

033 056/57*) P7 P 13 LSD (0: = 0,05)

24 23 14 21 24

100 129,2+ 125,4 128,5+ 104,3

100 125,4 125,8 120,8 105,3

25,7

29,6

*) als Gemisch

Prainokulationspartner in differenzierter, aber signifikanter Weise wieder aufgehoben werden konnte. Bei Betrachtung des Parameters Wurzellange, welcher hier zur Charakterisierung fur die Wurzelcntwicklung genutzt wird (Synonym fur morphologische Leistungsfahigkeit), konnten gleiche Resultate erzielt werden.

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C.

AUGUSTIN

Die Wirkung der Prainokulationspartner auf die Jungpflanzenentwicklung bei fehlender

Aggressivitatder Kontrollstamme (Tab. 1.2) zeigt im Durchschnitt von 23 Einzelversuchen keine signifJ.kante Beeinflussung der Parameter SproBtrockenmasse und Wurzellange. Bei der Uberprufung der Ergebnisse im Vergleich zu den nichtinfJ.zierten Kontrollpflanzen (Tab. 1.3) ergab sich neben der Feststellung, daB sich die avirulenten Pilzstamme zur Kompensierung der Schadwirkung eignen, auch folgender interessanter Befund: Einige der gepruften hypovirulenten und apathogenen Pilzstamme konnen zusatzlich eine signifJ.kant positive Wachstumsstimulierung an nichtinfJ.zierten "gesunden" Pflanzen, d. h. bei Nichtanwesenheit des Erregers, hervorrufen. Dies wird besonders fur den avirulenten Gaeumannomyces graminis-Stamm G 33 und den Phialophora graminicola-Stamm P7 sichtbar. Sollte sich dieses Resultat in den nachfolgenden Untersuchungen bestatigen lassen, wurde das positive Auswirkungen auf die Akzeptanz eines entsprechenden biologischen Bekampfungsverfahrens haben. In der zweiten Untersuchungsstufe (unsterile Gefabversuche) ergaben sich folgende Ergebnisse. Wie bereits erwahnt, fand die Priifung der Prainokulationspartner hierbei in unsterilem Substrat uber eine volle Vegetationsperiode hinweg statt, Als Bezugsvarianten fanden wiederum die nichtinfizierten und mit dem Erreger infJ.zierten Pflanzen Verwendung. In den Priifvarianten wurden die Pflanzen gleichzeitig mit dem aggressiven Erreger und den apathogenen Pilzstammen inokuliert. Es handelt sich dabei um die bereits in der ersten Untersuchungsstufe vorgestellten Isolate. Wie aus den hier zusammengefaBten Ergebnissen von 11 Versuchen bei vorhandener Aggressivitat der Kontrollstamme (Tab. 2.1) hervorgeht, erfolgte wiederum eine starke Reduktion der gesamten SproBtrockenmasse durch den aggressiven Erreger. Dieser Schaden lieB sich durch den Einsatz der Prainokulationspartner ebenfalls kompensieren. Als viel bedeutsamer ist jedoch die Minderung des Komertrages durch die Infektion mit dem Pathogen und Aufhebung dieser Schadwirkung mit Hilfe der einzelnen Prainokulationspartner einzuschatzen, In Ubereinstimmung mit obigen Befunden zeigt der Gaeumannomyces graminis-Stamm G 33, daB er offensichtlich nicht nur die Wirkung des aggressiven Erregers zu kompensieren vermag, sondem dariiber hinaus eine zustatzliche Forderung der Pflanzenentwicklung bis hin zum Komertrag ermoglicht. Die Auswertung der Ergebnisse zum EinfluB einer Prainokulation von avirulenten Pilzstammen bei fehlender Aggressivitat des als Kontrolle dienenden Erregers (Tab. 2.2) ergab uberwiegend tendenziell positive Wirkeffekte der Prainokulationspartner. Aber auch in diesem Fall verursacht das Iso1at P 7 eine signifikante Erhohung des Komertrages. Ebenso werden im Verg1eich zur nichtinfizierten ("gesunden") Kontrolle oben angefuhrte Ergebnisse deutlich (Tab. 2.3) bestatigt, Entscheidend fur die praktische Re1evanz eines bio1ogischen Bekampfungsverfahrens sind jedoch die Ergebnisse der Feldversuche. In Tab. 3 erfo1gt daher die Wiedergabe der Ergebnisse von Fe1dversuchen aus 3 Jahren zur Priifung des Einflusses einer Prainokulation von avirulenten Gaeumannomyces graminis (G)- sowie Phialophora (Pj-Stammen auf die Entwicklung bzw. den Komertrag von Winterweizen. Aus versuchstechnischen Griinden dienten hier als Verg1eichsvarianten Pflanzen mit dem natiirlichen Befallsniveau. In die Priifung wurden weitestgehend die schon erwahnten Vorzugsstamme G 33, G 56 und G 57 (letztere wiederum a1s Gemisch) sowie P 7 und P 13 einbezogen. 1986 (Zeitpunkt der Versuchsan1age) konnte 1ediglich fur den Phialophora-Stamm P 13 eine positive Wirkung vermutet werden. 1988 und 1989 wurden dann alle voranstehend genannten Stamme untersucht. Bei der Auswertung der Ergebnisse zeigte sich, daB von allen gepruften Stammen zumindest tendenziell, haufig aber auch signifikant positive Wirkungen auf den Kornertrag ausgehen. Eine Bestatigung der positiven Ergebnisse aus den anderen Untersuchungsstufen findet sich besondere fiir den Gaeumannomyces graminis-Stamm G 33. Aufgrund unterschiedlicher Standortverhaltnisse bereitet es Schwierigkeiten, die dargestellten Resultate mit solchen aus anderen Regionen (Australien, USA, GB) zu verg1eichen. Die unter

Schadminderung der Schwarzbeinigkeit

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Tab . 2. EinfluB einer Priiinokulation von apathogenen Gaeumannomyces graminis (G)- und Phialophora (P)Stammen auf die Entwicklung von Weizenpflanzen wahrend einer vollstandigen Vegetationsperiode in unsterilen GefliBversuchen (10 Wiederholungen je Versuch). Table 2. Influence of the preinoculation with apathogenic isolates of Gaeumannomyces graminis (G)- and Phialophora spp . (P) on the growth of wheat during the whole vegetation period in an unsterile pot experiment (10 replications per experime nt). 2 .1. Wirkung der Prainokulationspartner bei hoher Aggressivitat der Kontrollstamrne. 2.1 . Effect of the preinoculationpartners by a high aggressivity of the control strains. Anzahl der Versuche

nichtinfizierte Kontrolle infizicrte Kontrolle +G 33 + G 56 + P7 + P 13

II II II II II 11

LSD (IX = 0,05)

SproBtrockenmassc In [%]

Kornertrag in [% I

x

x

217,5+ 100 220,8 + 186,0 + 190,4 + 176,6+

431,9+ 100 494,0 + 375,2 + 373,6 + 342,3+

45,1

153,5

2.2 . Wirkung der Prainokulationspartner bei fehlender Aggressivitat der Kontrollstamme . 2.2 . Effect of the preinoculationspartners by a absent aggressivity of the control strains . nichtinfizierte Kontrolle infizierte Kontrolle +G 33 +G 56 +P7 + P 13

12 12 12 12 10 II

LSD (IX = 0 ,05)

103,4 100 1I9,1 110,9 119,0 98,6

121,3 100 169,0 155,3 244, 1+ 145,7

29,0

84,9

2.3 . Wirkung der Prainokulationspartner im Vergleich zur nichtinfizierten Kontrolle. 2.3. Effect of the preinoculationpartners in comparison with the noninfected control. nichtinfizierte Kontrolle G 33 G 56 P7 P 13 LSD (ex

= 0 ,05)

16 16 16 15 16

100 120,5 119,2 116,5 110,8

100 134,7 126,5 1I9,0 117,5

25,7

47,0

ahnlichen Bedingungen gewonnenen Befunde von S PEAKMAN (1984) und MARTYNIUK und MYSKOW (1984) stimmen jedoch gut mit den eigenen Ergebnissen iiberein. Ungeachtet dieser Resultate bedarf es aber noch weiterer Untersuchungen, urn zu endgiiltigen Aussagen zu gelangen. Besonderer Wert muB dabei auf die Uberprufung folgender, fiir die praktische Eignung von Antagonisten wichtige Forderung gelegt werden : Wirksamkeit der Prainokulationspartner bei veranderlichen Umweltbedingungen (insbesondere wechseinde Boden-

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Tab. 3. EinfluB einer Prainokulation von avirulenten Gaeumannomyces graminis (G)- sowie Phialophora (P)Stammen auf die Entwicklung bzw. den Kornertrag von Winterweizen - Feldversuche. Table 3. Influence of the preinoculation with apathogenic isolates of Gaeumannomyces graminis (G)- and Phialophora spp. (P) on the growth and on the grain yield of wheat - field trials. 1987

unbehandelte Kontrolle +G 33 +G 56/57 +P7 +P 13 LSD (o = 0,05)

1988

1989

abs. [dt/haJ

reI. [%J

abs. [dt/ha]

reI. [%J

abs. [dt/ha]

reI. [%J

59,8

100

65,1 +

109,0

70,5 75,8+ 76,1 + 72,9 73,6

100 107,5 107,9 103,4 104,4

60,0 65,4 62,0 66,7+ 67,4+

100 109,0 103,3 1ll,2 112,3

5,1

5,3

4,4

feuchte bzw. -temperatur) bei gleichzeitiger Gewahrleistung nichtaggressiven Verhaltens im Folgejahr (Virulenzanderung). Dber die Ergebnisse von Untersuchungen zu diesem Problem wird in nachfoJgenden Mitteilungen berichtet.

Literatur AUGUSTIN, c.: Moglichkciten einer Schadminderung der Schwarzbeinigkeit an Weizen mittels apathogener Pilze. I. Mitteilung: Selektion und Testung apathogener Pilze im Pflanzentest unter semi- und unsterilen Bedingungen. Zentralbl. Mikrobiol. 144 (1989), 563-570. ASHER, M. J. C.: Variation in pathogenicity an cultural characters in Gaeumannomyces graminis var. tritici. Trans. Br. Mycol. Soc. (1980) 75 (2), 213-220. - Pathogenic variation. Pages 199-218 in: Biology and Control of Take-all (Eds.: M. J. C. ASHER and SHIPTON). Academic Press, London 1981, 538 pp. BLANCH, P. A.: Pathogenic variation in Gaeumannomyces graminis D. Phil, Thesis, University of Oxford (1977). CHAMBERS, S. c.: Pathogenic variation in Ophiobolus graminis . Aust. J. BioI. Sci. 23 (1970) 5,1099-1103. DEACON, J. W.: Phialophora radicolcola and Gaeumannomyces graminis on roots of grasses and cereal. Trans. Brit. Mycol. Soc. 61 (1973) 3, 471-485. Further studies on Phialphora radicicola and Gaeumannomyces graminis on roots and stem bases of grasses and cereal. Trans. Brit. Mycol. Soc. 63 (1974), 307-327. Biological control of the take-all fungus, Gaeumannomyces graminis, by Phialophora radicicola and similar fungi. Soil BioI. Biochem. 8 (1976), 275-283. MARTYNIUK, S., MYSKOW, W.: Control of the take-all fungus by Phialophora sp (lobed hyphopodia) in microplots experiments with wheat. Zentralbl. Mikrobiol. 139 (1984), 575-579. NAIKI, T., COOK, R. J.: Factors in loss of pathogenicity in Gaeumannomyces graminis var. tritici. Phytopathology 73 (1983) 12, 1652-1656. SIVASITHAMPARAM, K.: Phialophora and Phialophora-like Georgie occuring in the root region of wheat. Austr. J. Bot. 23 (1975), 193-212. SPEAKMAN, J. B.: Control of Gaeumannomyces graminis var. tritici in wheat by isolates of the G. graminis/ Phialophora sp. (lobed hyphopodia) complex under field conditions. Phytopath. Z. 1094 (1984), 188-191. STEINBRENNER, K.: Ergebnisse und Aspekte bodenbiologischer Betrachtung der Bodenfruchtbarkeit. Tag.-Ber., Akad. Landwirtsch.-Wiss. DDR, Berlin (1987) 260, 91- 107. TIVOLI, B., LEMAIRE, J. M., JOVAN, B.: Protection of wheat against Ophiobolus graminis (Sacc.) with low aggressivity strains of the same parasite. Ann. Phytopathol. 6 (1974), 4, 395-406. Anschrift des Autors: Dr. CLAUDIA AUGUSTIN, Forschungszentrum fiir Bodenfruchtbarkeit Miincheberg, W.Pieck-StraBe 72, 0 - 1278 Miincheberg, BRD.