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Alternative Verfahren des Pflanzenschutzes
für den integrierten Anbau
Rita Grosch Institut für Gemüse und Zierpflanzenbau (IGZ)
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Standorte - Bodenart - Bodenstruktur - Wetter
Anbautechnik - Bodenbearbeitung - Saatmethode - Saattermin - Erntetechnik
Pflanzenernährung - Mineraldüngung
- Organische Düngung
Sortenwahl - standortgerecht - resistent - leistungsfähig
Fruchtfolge - Anbauphasen - Saattermin -Zwischenfruchtbau
Pflanzenschutz - chemisch - biologisch - biotechnisch
Integrierter Pflanzenbau
Ökologie
Ökonomie
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• Verfahren, die unter Zuhilfenahme von Organismen Schadorganismen direkt töten oder biologische Abläufe nutzen, um Erregerpopulationen indirekt zu reduzieren, ihre Virulenz zu mindern oder um die Wider- standsfähigkeit von Pflanzen zu erhöhen. • Unter biologischem Pflanzenschutz versteht man im engeren Sinne die Nutzung von biologischen Antagonisten zur Bekämpfung von Schador- ganismen. • Durch die Förderung oder den Einsatz von antagonistischen Organismen soll die Populationsdichte der Schaderreger unterhalb der Schadschwelle gehalten werden.
Biologischer Pflanzenschutz
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Vorkommen von bakteriellen Mikroorganismen in den Mikrohabitaten der Pflanze ?
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Mikrohabitat - Spezifität der Mikroflora
Phyllosphäre
Rhizosphäre
Endosphäre
Endorhiza
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Bakterielle Bakterielle Besiedlung der Wurzeloberfläche
Bakterien
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Besiedlung der Besiedlung der EndosphEndosphäärere ( (innere Pflanzengewebeinnere Pflanzengewebe))
• Hohe Anzahl (105 g-1) an spezialisierten Mikroorganismen • Wenig untersuchtes Reservoir für biotechnologisch relevante
Anwendungen
Foto: Hureck
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ca. 95% nicht - kultivierbar
Kultivierungsabhängige Analyse Isolation von Mikroorganismen FUNKTIONELLE FUNKTIONELLE -- AKTIVITAKTIVITÄÄTT
Kultivierungsunabhängige Analyse Isolation von DNA / RNA STRUKTURELLE STRUKTURELLE -- DIVERSITDIVERSITÄÄTT
Methoden zur Untersuchung der mikrobiellen Gemeinschaft
Funktionelle Diversität? Metagenomics Functionelle Primer DNA Microarrays
kultivierbar
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Kultivierungsabhängige Analyse:
§ Analyse von 2 648 bakteriellen Isolaten
Phyllosphäre 6 x 104 Bakterien
14 Gruppen Diversität: 2.0
Endosphäre 4 x 104 Bakterien
10 Gruppen Diversität: 1.7
Endorhiza
1.8 x 106 Bakterien 16 Gruppen
Diversität: 2.2
Rhizosphäre
1.1 x 106 Bakterien 25 Gruppen
Diversität: 2.7
• Hohe Mikrohabitat-Spezifität der bakteriellen Mikroflora • Hohe Ähnlichkeit der Antagonistenpopulation in Rhizosphäre und Endorhiza • Bakterien haben ein hohes antagonistisches Potential
5
3
10
Rhizosphäre Endorhiza
Pseudomonas putida A: BOX fingerprints
Mikrohabitat Mikrohabitat -- SpezifitSpezifitäät von Bakterient von Bakterien
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Kultivierungsunabhängige Analyse:
u 3-jährige Feldversuche in Bonn
ØMikrohabitat-spezifische T- RFLP Muster • hohe Ähnlichkeit im Muster zwischen beiden endophytischen Mikrohabitaten • hohe Diversität in der Rhizosphäre
Mikrohabitat Mikrohabitat -- SpezifitSpezifitäät der Mikroflorat der Mikroflora
Phyllosphäre
Rhizosphäre
Endosphäre
Endorhiza
Rhizosphäre Endorhiza
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Prüfung des antagonistischen Potentials in Dualkultur gegenüber verschiedenen Pflanzenpathogenen
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3Re3-27 3Pe1-26
3Pe2-14
3Pe3-21
1Pe1-9 2Pe4-10 1Pe4-13
2Re4-20 2Pe4-1 2Re1-6
2Pe3-3 2Re1-12 2Re4-17
1Re3-21
1Pe2-5
3Re4-18
1Pe1-14
3Re3-19 3Re4-21 2Re4-1 2Re3-13
3Re3-20
3Re2-7 3Pe4-2 3Re2-14
2Re1-16 2Re1-18 3Re2-9
3Re2-6 3Re2-1
3Re2-24 3Re2-26 3Re4-7
3Pe2-24 3Re2-12
2Re4-13 2Re2-6
3Re2-20
Pseudomonas
Agrobacterium
Bacillus spp.
Enterics
1. Pseudomonas chlororaphis 2. Pseudomonas corrugata 3. Pseudomonas fluorescens 4. Pseudomonas jessenii 5. Pseudomonas marginalis 6. Pseudomonas migulae 7. Pseudomonas orientalis 8. Pseudomonas putida 9. Pseudomonas reactans 10. Pseudomonas savastanoi 11. Pseudomonas straminea 12. Pseudomonas syringae 13. Pseudomonas trivialis
Berg et al. 2005. FEMS Microb. Ecol 51, 215-229
Bakterien mit antagonistischer AktivitBakterien mit antagonistischer Aktivitäätt
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Proteine Exsudate
Aminosäuren
CO2 Kohlenhydrate
Interaktionen in der Interaktionen in der RhizosphRhizosphäärere ( (WurzelraumWurzelraum))
• Mikrobieller „Hot Spot“ ~ 100 fach erhöht (107–109 g-1) • Pathogenabwehr: antifungal wirkende MO ~ 3 fach erhöht
Rhizodeposition: Bis zu 40% des photosyn- thetisch produzierten Kohlenstoffs
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Interaktionen und Formen des AntagonismusInteraktionen und Formen des Antagonismus
Microorganisms
Pflanzen- pathogene
Parasitismus Antibiose
Lysis Konkurrenz
Pflanze
WachstumsfWachstumsföörderungrderung Verfügbarkeit von Nährstoffen Induzierte ResistenzInduzierte Resistenz
Antagonist
Umweltbedingungen beeinflussen WechselwirkungenUmweltbedingungen beeinflussen Wechselwirkungen
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Mykoparasitismus von Trichoderma harzianum gegenüber Rhizoctonia solani (5000x), (Benhamou und Chet 1993)
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• beruht auf der Bildung verschiedener Sekundärmetaboliten
Bacillus subtilis
Fusarium oxysporum
• Antibiotika / Lipopeptide (Bacilysin, Iturin, Fengycin, Surfactin) sind wirksam gegenüber phytopathogenen Pilzen
• Polyketide (Difficidin) sind wirksam gegen Bakterienkrankheiten (z.B. Feuerbrand / Erwinia amylovora)
Antibiotikabildung im Substrat und Wurzelbereich nicht nachweisbar
AntibioseAntibiose
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• Nach der Applikation (durch Beizung, Tauchen, Bodenbehandlung o.ä.) erfolgt die Besiedlung des Wurzel-
raums
Bakterien
Bakterien
• Konkurriert mit Pflanzenpathogenen um Nährstoffe und Siedlungsraum
KonkurrenzKonkurrenz
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• Versorgung der Pflanze mit Nährstoffen z.B. Fixierung von atmos- phärischem Stickstoff (N2), (Rhizobien bei Leguminosen)
• Versorgung der Pflanze mit Phosphor (Lösung von P, Mykorhizapilze)
• Bereitstellung von Eisen (Fe) für die Pflanze
WachstumsfWachstumsföörderungrderung
• Bereitstellung von Phytohormonen wie: - Auxin in der Wurzel - Synthese von Indol-3-essigsäure (IAA)
• Verwertung der Ethylen-Vorläufer-Substanz 1-Aminocyclopropan-1-Carbonsäure (ACC) durch ACC-Deaminase
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Einfluss von Einfluss von EndophytenEndophyten auf das Pflanzenwachstum auf das Pflanzenwachstum
Maispflanzen ohne (links) und nach Behandlung mit dem endophytischen Pilz Piriformospora indica (rechts)
Tomatenpflanzen ohne (links) nach Behandlung mit wurzel- besiedelnden Pilz (rechts)
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Kern, LVG Straelen, 2003
Optimale Wurzelentwicklung bei Callibrachoa Hybriden mit
FZB24
FFöörderung der Bewurzelungrderung der Bewurzelung
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Einfluss von Mikroorganismen auf die PflanzeEinfluss von Mikroorganismen auf die Pflanze
Induzierte Resistenz (IR)
Induzierte systemische Resistenz (induced systemic resistance, ISR): - ISR induziert durch nicht pathogene wurzelbesiedelnde, pflanzenassoziierende Rhizobakterien
Die induzierte Resistenz (auch erworbene Resistenz) ist die erhöhte, genetisch nicht verankerte Widerstandsfähigkeit der Pflanze
Systemisch aktivierte Resistenz (systemic acquired resistance, SAR) - auch als systemisch erworbene Resistenz bezeichnet
- SAR induziert durch Pathogene
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SAR systemisch erworbene Resistenz
ISR induzierte
systemische Resistenz
CIR chemisch induzierte Resistenz
Rhizobakterien
Jasmonsäure Salizylsäure
Pathogene
nekrotrophe Pathogene
Viren, biotrophe Pathogene
‚Priming‘ Expression von PR Genen
Salizylsäure- Derivate
- Induktion der systemischen Resistenz (ISR oder SAR) durch wurzelbesiedelnde Rhizobakterien oder durch Pathogene
- Aktivierung von Abwehrmechanismen durch ISR oder SAR in der ganzen Pflanze
SARSAR:: Signalübertragung durch das Pflanzenhormon Salizylsäure
ISRISR:: Signalübertragung durch die Phytohormone Jasmonat und Ethylen
- Expression von PR-Genen
- Keine Expression von PR-Genen
- Schnellere Abwehrreaktion der Pflanze bei Befall mit nektrotrophen Pathogenen
Mechanismen der induzierten Resistenz Mechanismen der induzierten Resistenz ((IRIR))
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Antagonist (Bakterien) Produkt Pathogen Pflanze Agrobacterium radobacter Galltrol-A
Nogall, Diegall Norbac 84C
Agrobacterium tumefaciens
Erdnüsse Zierpflanzen Obst
Bacillus subtilis Epic Kodiak Rhizo-Plus System 3 Phytovit
Rhizoctonia solani, Fusarium spp., Alternaria spp., Aspergillus spp, Sclerotinia, Verticillium, Streptomyces Pathogene am Saatgut
Baumwolle Kartoffel Gemüse- und Zierpflanzen
Pseudomonas fluorescens Blight Ban A506 Conquer Victus Proradix-Plus
Frost Erwinia amylovora Pseudomonas tolassii
Obst (Apfel, Kirschen), Erdbeere, Tomate, Mandeln, Kartoffeln, Pilze
Pseudomonas syringae Bio-save 100 Bio-save 110
Botrytis cinerea, Penicillium spp. Mucor pyroformis, Geotrichum candidum
Citrus
Streptomyces griseoviridis Streptomyces rimosus
Mycostop Rhitovit
Fusarium spp., Alternaria brassicola Phomopsis spp., Botrytis spp., Pythium spp., Phytophthora spp.
Gemüse- und Zierpflanzen
Produkte biologischer Agenzien auf mikrobieller Basis gegen Pathogene
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Produkte biologischer Agenzien auf mikrobieller Basis gegen Pathogene
Antagonist (Pilze) Produkt Pathogen Pflanze Ampelomyces quisqualis AQ10 Falsche Mehltaupilze Apfel, Erdbeere,
Tomate, Zierpflanzen Wein
Candida oleophila Aspire
Botrytis spp., Penicillium spp.
Citrus
Coniothyrium minitans Contans Sclerotinia sclerotiorum, S. minor
Sonnenblumen, Sojabohnen, Erdnüsse, Gemüse (Salat, Tomate), Bohnen
Fusarium oxysporum Biofox C Fusaclean
Fusarium oxysporum, F. moniliforme
Spargel, Cyclamen, Gerbera, Tomate, Aster, Basilikum
Gliocladium virens SoilGard Rhizoctonia solani, Pythium spp., (Umfallkrankheiten, Wurzelfäule)
Gemüse- und Zierpflanzen
Gliocladium catenulatum Prestop Rhizoctonia solani, Pythium spp., (Umfallkrankheiten, Wurzelfäule)
Gemüse- und Zierpflanzen
Phlebia gigantea Rotstop Heterobasidium annosum
Forst
Pythium oligandrum Polygandron Pythium ultimum Zuckerrübe
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Produkte biologischer Agenzien auf mikrobieller Basis gegen Pathogene
Antagonist (Pilze) Produkt Pathogen Pflanze Trichoderma harzianum Trichoderma polysorum Trichoderma spp.
Bio-Fungus Binab T RootShield T-22G T-22 Planter Box Promote Supresivit Trichodex Trichopel Trichoject Trichodowels Trichoseal Trichoderma 2000 Root Pro
Sclerotinia, Phytophthora Rhizoctonia solani, Pythium spp., Fusarium spp., Verticilium
Gemüse- und Zierpflanzen, Erdbeeren, Tomate, Gurke, Baumwolle, Bohnen, Zuckerrübe, Sonnenblumen, Obst
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- Biotechnisch produziertes, lager- fähiges Produkt -- formuliert auf derformuliert auf der Basis Basis natürlich, vorkommender Mikroorganismen
BacillusBacillus –– ein Beitrag fein Beitrag füür gesunde Pflanzenr gesunde Pflanzen
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Anwendung als: Ø Saat- / Pflanzgutbeizung (trocken oder feucht)
Ø Substratbeimischung
Ø Gießbehandlung (Jungpflanzen, Spritzung auf Boden)
Ø Zusatz zu Nährlösungen
Ø In Kombination mit Fungiziden oder Düngern
BacillusBacillus –– ein Beitrag fein Beitrag füür gesunde Pflanzenr gesunde Pflanzen
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FOCY Fungizid FZB24 FZB37 FZB38 FZB42 0
20 40 60 80
100
Anzahl erkrankter Pflanzen [%]
Wochen nach Inokulation 4
8 12
17
Bekämpfung von Fusarium oxysporum f. sp. cyclaminis an Cyclamen durch Behandlung der Pflanzen mit bakteriellen Antagonisten
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Krankheitsunterdrückende Wirkung von FZB24 gegen Fusarium oxysporum an Astern ‘Roter Edelstein‘
Infektionskontrolle FZB24 WG 0
10
20
30
40
50
Gesunde Pflanzen [%]
Versuch 1
Versuch 2
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Mehrertrag bei Möhren ‘Nanthya‘ F1 nach Behandlung des Saatgutes mit den Bacillus Stämmen FZB24 und FZB42
im Vergleich zur Kontrolle
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Auflauf Frischmasse
FZB24
FZB42
Aussaat Versuch 1 25.06.1997
Versuch 2 13.08.1997
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Rotkäpp- chen
Minibel Harzglut Vanessa Trust Rheinlands Ruhm
Einfluss von FZB24 auf den Ertrag von verschiedenen Tomatensorten in Erdkultur
Meh
rertr
ag in
M
ehre
rtrag
in [[%
]
ErtragsfErtragsföörderungrderung
0
5
10
15
20
- Gießbehandlungen (0,2 gWG / l; 3 x)
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Use of flex fertilizer in combination with FZB24 liquid on potato
Ertragsförderung
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Entwicklung im Labor und Maßstabsübertragung
Schüttelmaschine
Kleinfermenter
70 L-Fermenter
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... und Trocknung der Sporen
Flüssig-Fermentation im 5000 l-Maßstab …
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Pilzliche Antagonist Coniothyrium minitans Wirkstoff: Pilz Coniothyrium minitans Wasserlösliches Granulat Enthält 1 x 109 lebende Sporen /g per Produkt Anwendung: 1 – 8 kg /ha Haltbarkeit: 12 mon bei + 4°C und 2 Jahre bei at –18°C Anwendung gegen Sclerotinia sclerotiorum
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Produktion von Produktion von ContansContans®®WGWG
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Infection caused by Mycelium
Infection
Life Cycle of Sclerotinia sclerotiorum
Sclerotia
Symptoms
Harvest residues
Sclerotia are burried into the soil
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StStäängelfngelfääule durch ule durch Sclerotinia sclerotiorumSclerotinia sclerotiorum
Bohne
Sonnenblume
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Vegetables and fruits Artichoke Endive Asparagus Fennel Avocado Kiwi Bean Leek Broccoli Lettuce Cabbage Parsley Carrot (in store) Pea Celery Snap bean Chickpea Tomato Chicory Eggplant Watermelon Cucumber Pepper (chilli, red)
Agricultural crops Alfalfa Canola Dry bean Hemp Lentil Onion Peanut Potato Red clover Safflower Soybean Sunflower Sweetclover Tabacco
Ornamentals Aster Begonia Chrysanthemum Fuchsia Gerbera Calendula Lupine Pelargonium Petunia
Herbs and spices Coriander Chives Dill Fennel Wintercress Weeds
Wirtspflanzen von Sclerotinia spp.
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Num
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bod
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2
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1 untreated control Executive: 2 Contans WG 4 kg/ha, applied on 03/23/99 CETIOM, France, A. Penaud 3 Contans WG 4 kg/ha, applied on 11/25/98 Depth of incorporation: 10 cm
Anzahl überlebender Sklerotien nach Applikation von Contans ®WG
im Boden
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Akkumulation von Sklerotien im Boden
1 2 3 4 5 6 7 8 R1
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100
150
200
Year
Sclerotia per 10 sq feet
After infection of soybeans (once)
Oilseed-rape every 3 years
Treatment with Contans®WG after infection
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