Regeneration selektierter adulter Pyrus-Wildformen von Trockenstandorten und Prüfung ausgewählter Klone auf Salztoleranz für die Verwendung als Unterlage in ariden Gebieten

Dissertation

zur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum agriculturarum
(Dr. rer. agr.)

eingereicht an der
Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät
der Humboldt-Universität zu Berlin

von
Master of Science, Ahmed Mohamed Kamal Abdelaal Aly
geboren am 17.Juni 1973 in El-Minia (Ägypten)

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin:
Prof. Dr. Jürgen Mlynek

Dekan: Dekan der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät: Prof. Dr. Uwe-Jens Nagel

Gutachterin/Gutachter:
1. Prof.Dr. sc. H- H-. Jesch
2. Prof. Dr. Ahmed Abou-Salha

Tag der mündlichen Prüfung: 30-06-2004

Regeneration of selected adult wild Pyrus-genotypes taken from arid sites and testing of selected clones for salt stress and possible use as rootstocks in arid areas

Master of Science, Ahmed Mohamed Kamal Abdelaal Aly

Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät

der Humboldt-Universität zu Berlin

Institut für Gartenbauwissenschaften

Fachgebiet Vermehrungstechnologie/Baumschulwesen

134 Literaturquellen

50 Tabellen

82 Abbildungen

123 Seiten

Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wurde die Reaktion verschiedener Pyrus -Genotypen auf Salzstress in vitro und in vivo überprüft. Es wird ein methodisch wertvoller Beitrag zur In-vitro-Vermehrung adulter Pyrus -Klone und zu Salzstressuntersuchungen in vitro und in vivo bei Gehölzen geleistet. Die adulten Pyrus -Klone konnten erfolgreich in vitro vermehrt werden. Die In-vitro-Salzprüfung verschiedener Pyrus -Genotypen erwies sich als Schnelltest nutzbar zur Feststellung der genoty p spezifischen Reaktion auf Salzstress. Es wurde festgestellt, dass die selektierten Klone von einem Trocke n standort aus dem Naturpark "Märkische Schweiz" eine signifikant höhere Salztoleranz gegenüber Kreuzungen aus Dresden-Pillnitz und der Standardunterlage 'Kirchensaller Mostbi r ne' aufweisen. Für die Verwendung als Unterlagen im Birnenanbau unter sal i nen Bedingungen in Ägypten muss die Sortenkompatibilität und Standorteignung der s e lektierten Klone weiterhin überprüft werden.

Summary

In the presented work different Pyrus -genotypes have been tested for salt stress in in-vitro- and in-vivo-conditions. Furthermore a methodically valuable contr i bution to in-vitro-propagation of adult Pyrus -clones and to salt stress investigations on woody plants in vitro an in vivo is made. The adult Pyrus -clones have been propagated in vitro successfully. The test for salt stress of di f ferent Pyrus -genotypes in in-vitro-conditions can be used as a rapid test for observing the reaction on plants in a situ a tion of salt stress. The conclusion is that selected clones taken from an arid site in the national park "Märkische Schweiz" (eastern of Berlin) are more tolerant to salt stress than hybrid combinations from Dresden-Pillnitz und the standard rootstock 'Kirche n saller Mostbirne'. Before using these rootstocks for commercial pear-growing in Egypt under saline conditions, the compatibility of different varieties and the suitability of l o cations for growing the selected clones have to be tested in addition.

Inhaltsverzeichnis

• 1 Einleitung und Zielstellung
  • 1.1 Einleitung
  • 1.2 Zielstellung
• 2 Literaturübersicht zur Reaktion von Pflanzen auf Salzstress und In-vitro-Verfahren zur Regeneration
  • 2.1 Salzstress bei Pflanzen
    • 2.1.1  Salzböden
    • 2.1.2  Physiologische Grundlagen von Salinität bei Pflanzen
      • 2.1.2.1 Einfluss von Salinität auf die Na⁺- und Cl^--Gehalte in den Pflanzen
      • 2.1.2.2 Wirkung der Salinität auf Wasseraufnahme, Wachstum und Blattschädigung
    • 2.1.3  Salzstress bei Pyrus
  • 2.2 Reaktionen von Pflanzen in vitro auf Salzstress
  • 2.3 In-vitro-Verfahren zur Regeneration von Pyrus
• 3 Material und Methoden
  • 3.1 Material
    • 3.1.1  Klone aus dem Kreuzungsprogramm der Genbank Obst Dresden-Pillnitz
    • 3.1.2  Selektierte adulte Pyrus -Wildformen vom natürlichen Standort
  • 3.2 Methoden
    • 3.2.1  In-vitro-Methoden zur Regeneration
    • 3.2.2  NaCl–Behandlung in vitro
    • 3.2.3  NaCl-Behandlung in vivo
    • 3.2.4  Bodenuntersuchungen
    • 3.2.5  Morphologische und genetische Untersuchungen zur Charakterisierung der selektierten Müncheberger Klone
    • 3.2.6  Statistische Methoden
• 4 Ergebnisse
  • 4.1 In-vitro-Regeneration von selektierten adulten Pyrus-Wildformen
    • 4.1.1  Etablierung
    • 4.1.2  Vermehrung
    • 4.1.3  Bewurzelung
    • 4.1.4  Akklimatisation
  • 4.2 Untersuchungen zur genotypspezifischen Reaktion von Pyrus-Klonenauf Salzstress in vitro
  • 4.3 Untersuchungen zur genotypspezifischen Reaktion von Pyrus-Klonenauf Salzstress in vivo
    • 4.3.1  Salzstressprüfung im Gewächshaus
      • 4.3.1.1 Blattschädigungen
      • 4.3.1.2 Triebzuwachs
      • 4.3.1.3 Natriumgehalt in den Pflanzenteilen
      • 4.3.1.4 Chloridgehalt in den Pflanzenteilen
    • 4.3.2  Salzstressprüfung in der Klimakammer
      • 4.3.2.1 Blattschädigungen
      • 4.3.2.2 Triebzuwachs
      • 4.3.2.3 Natriumgehalt in den Pflanzenteilen
      • 4.3.2.4 Chloridgehalt in den Pflanzenteilen
    • 4.3.3  Vergleich der Ergebnisse zwischen 'KS' und Klon M 21 im Gewächshaus und in der Klimakammer
      • 4.3.3.1 Blattschädigungen
      • 4.3.3.2 Triebzuwachs
      • 4.3.3.3 Natriumgehalt in den Pflanzenteilen
      • 4.3.3.4 Chloridgehalt in den Pflanzenteilen
  • 4.4 Morphologische und genetische Untersuchungen zur Charakterisierung der selektierten adulten Pyrus-Wildformen
    • 4.4.1  Morphologische Untersuchungen
    • 4.4.2  Genetische Charakterisierung
• 5 Diskussion
  • 5.1 Regeneration selektierter adulter Pyrus-Wildformen
  • 5.2 Vergleich der Salzstressuntersuchungen in vitro und in vivo
  • 5.3 Charakterisierung von adulten selektierten Pyrus-Klonen mit Hilfe von morphologischen und genetischen Merkmalen
• 6 Zusammenfassung
• Literaturverzeichnis
• Verzeichnis der Definitionen
• Erklärung
• Danksagung

Tabellen

• Tab. 1:Verwendete Selektionen aus der Naumburg-Pillnitzer Birnenunterlagenzüchtung von Mildenberger & Fischer
• Tab. 2:Selektierte Klone vom Standort Müncheberg (ausgewählte Merkmale)
• Tab. 3:Klimakenngrößen des Untersuchungsstandortes (nach Schatz 2000)
• Tab. 4: Ergebnisse der Nährstoffanalysen in mg/100 g Boden
• Tab. 5:Zusammensetzung des MS-Grundmediums nach Murashige & Skoog (1962)
• Tab. 6:Versuchszeitraum und NaCl-Behandlungsstufen der In-vitro-Versuche
• Tab. 7:Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Klimakammer 2003 bei M 21 (in vitro vermehrt)
• Tab. 8:Verwendete Klone und NaCl-Stufen für die Versuche in der Klimakammer
• Tab. 9: Verwendete Klone und NaCl-Stufen für die Versuche im Gewächshaus
• Tab. 10:Erfasste morphologische und phänologische Merkmale
• Tab. 11:Untersuchte Enzymsysteme
• Tab. 12:In-vitro-Bewurzelungsraten in Abhängigkeit von der IBS-Konzentration im Bewurzelungsmedium
• Tab. 13:Akklimatisationsraten 6 Wochen nach der Überführung in Jiffy-7-Torfquelltöpfe in Abhängigkeit vom Bewurzelungsmedium
• Tab. 14:Anteil abgestorbener Blätter zum Versuchsende im Gewächshaus 2001 (in %)
• Tab. 15:Anteil abgestorbener Blätter zum Versuchende im Gewächshaus 2002 (in %)
• Tab. 16:Anteil abgestorbener Blätter zum Versuchende im Gewächshaus 2003 (in %)
• Tab. 17:Anteil abgestorbener Blätter bei M 21 und 'KS' im Vergleich der Versuchsjahre
• Tab. 18:Abnahme des Triebzuwachses im Vergleich zur Kontrolle im Gewächshaus 2001
• Tab. 19:Abnahme des Triebzuwachses im Vergleich zur Kontrolle im Gewächshaus 2002
• Tab. 20:Abnahme des Triebzuwachses im Vergleich zur Kontrolle im Gewächshaus 2003
• Tab. 21:Natriumgehalte in den Pflanzenteilen im Gewächshaus 2001
• Tab. 22:Natriumgehalte in den Pflanzenteilen im Gewächshaus 2002
• Tab. 23:Natriumgehalte in den Pflanzenteilen im Gewächshaus 2003
• Tab. 24:Chloridgehalte in den Pflanzenteilen im Gewächshausversuch 2001
• Tab. 25:Chloridgehalte in den Pflanzenteilen im Gewächshausversuch 2002
• Tab. 26:Chloridgehalte in den Pflanzenteilen im Gewächshaus 2003
• Tab. 27:Anteil abgestorbener Blätter zum Versuchsende in der Klimakammer 2001 (%)
• Tab. 28:Anteil abgestorbener Blätter zum Versuchsende in der Klimakammer 2002 (%)
• Tab. 29:Anteil abgestorbener Blätter zum Versuchsende in der Klimakammer 2003 (%)
• Tab. 30:Abnahme des Triebzuwachses von 'KS' im Vergleich zur Kontrolle in der  Klimakammer 2001
• Tab. 31:Abnahme des Triebzuwachses im Vergleich zur Kontrolle in der Klimakammer 2002
• Tab. 32:Abnahme des Triebzuwachses im Vergleich zur Kontrolle in der Klimakammer 2003
• Tab. 33:Natriumgehalte in den Pflanzenteilen von 'KS' in der Klimakammer 2001
• Tab. 34:Natriumgehalte in den Pflanzenteilen in der Klimakammer 2002
• Tab. 35:Natriumgehalte in den Pflanzenteilen 2003
• Tab. 36:Chloridgehalte in den Pflanzenteilen von 'KS' in der Klimakammer 2001
• Tab. 37:Chloridgehalte in den Pflanzenteilen in der Klimakammer 2002
• Tab. 39:Anteil abgestorbener Blätter von 'KS' und Klon M 21 in der Klimakammer und im Gewächshaus
• Tab. 40:Abnahme des Triebzuwachses von 'KS' und Klon M 21 in der Klimakammer und im Gewächshaus
• Tab. 42:Natriumgehalt in den Wurzeln von 'KS' und Klon M 21 in der Klimakammer und im Gewächshaus
• Tab. 43:Natriumgehalt in den Sprossen von 'KS' und Klon M 21 in der Klimakammer und im Gewächshaus
• Tab. 45:Chloridgehalt in den Wurzeln von 'KS' und Klon M 21 in der Klimakammer und im Gewächshaus
• Tab. 46:Chloridgehalt in den Sprossen von 'KS' und Klon M 21 in der Klimakammer und im Gewächshaus
• Tab. 47:Morphologische Merkmale der selektierten Pyrus-Wildformen
• Tab. 48:Komponentenmatrix der untersuchten Pyrus-Exemplare
• Tab. 50:Auswertung der Genloci für die untersuchten Pyrus-Klone

Bilder

• Abb. 1:Ausgewählte Klone am Standort Müncheberg (M 1, M 10 und M 10 links; von links nach rechts)
• Abb. 2:Ausgewählte Klone am Standort Müncheberg (M 17, M 19 und M 21; von links nach rechts)
• Abb. 3:Kartenausschnitt des Untersuchungsgebietes um 1940
• Abb. 4:Sprossvermehrung der Klone im Wachstumsraum
• Abb. 5:Akklimatisation von Klon M 1 (links) und Klon Pi-Bu 3 in Jiffy-7-Pots
• Abb. 6:Klon M 21 zum Versuchsbeginn in der Klimakammer 2002
• Abb. 7:Gefäßversuch im Gewächshaus 2001
• Abb. 8:In-vitro-Vermehrung von 'KS' und Klon M 21 auf Vermehrungsmedium VM 1
• Abb. 9:Einfluss der IBS-Konzentration im Bewurzelungsmedium auf die durchschnittliche Wurzelanzahl je bewurzelter Spross
• Abb. 10:Bewurzelung von Klon M 1, M 21 und Pi-Bu 2 (von links nach rechts) in Jiffy-7- Torfquelltöpfen, in Abhängigkeit vom Bewurzelungsmedium
• Abb. 11: Sprosszuwachs von Klon M 21 (links) und Pi-Bu 3 nach 4-monatiger Kultur im Grundbeet
• Abb. 12:Durchschnittlicher Sprosszuwachs der Klone nach 4-monatiger Kultur im Grundbeet
• Abb. 14:Durchschnittliche Sprossanzahl in vitro 2002 unter dem Einfluss von NaCl
• Abb. 15:Vergleich der NaCl-Behandlungsstufen der Klone M 1(links) und M 21(rechts) im Jahr 2002
• Abb. 16:Vergleich der NaCl-Behandlungsstufen von 'KS' und Behandlungsstufe 100 mM bei Klon Pi-Bu 3 im Jahr 2002
• Abb. 17:Durchschnittliche Sprossanzahl in vitro 2003 unter dem Einfluss von NaCl
• Abb. 18:Salzstressversuch von Klon M 21 (links) und 'KS' im Gewächshaus 2001
• Abb. 19:Salzstressversuch von Klon M 17 (links) und Pi-Bu 3 im Gewächshaus 2001
• Abb. 20:Anteil abgestorbener Blätter zum Versuchende im Gewächshaus 2001 (in %)
• Abb. 21:Anteil abgestorbener Blätter zum Versuchende im Gewächshaus 2002 (in %)
• Abb. 22:Anteil abgestorbener Blätter zum Versuchende im Gewächshaus 2003 (in %)
• Abb. 23:Triebzuwachs im Gewächshaus 2002
• Abb. 24:Triebzuwachs im Gewächshaus 2003
• Abb. 25:Triebzuwachs von M 21 im Vergleich der Versuchsjahre im Gewächshaus
• Abb. 26:Triebzuwachs von 'KS' im Vergleich der Versuchsjahre im Gewächshaus
• Abb. 27:Natriumgehalt in den Blättern im Gewächshaus 2001
• Abb. 28:Natriumgehalt in den Wurzeln im Gewächshaus 2001
• Abb. 29:Natriumgehalt in den Sprossen im Gewächshaus 2001
• Abb. 30:Natriumgehalt in den Blättern im Gewächshaus 2002
• Abb. 31:Natriumgehalt in den Wurzeln im Gewächshaus 2002
• Abb. 32:Natriumgehalt in den Sprossen im Gewächshaus 2002
• Abb. 33:Natriumgehalt in den Blättern im Gewächshaus 2003
• Abb. 34:Natriumgehalt in den Wurzeln im Gewächshaus 2003
• Abb. 35:Natriumgehalt in den Sprossen im Gewächshaus 2003
• Abb. 36:Natriumgehalt in den Blättern von M 21 im Gewächshaus 2001, 2002 und 2003
• Abb. 37:Natriumgehalt in den Wurzeln von M 21 im Gewächshaus 2001, 2002 und 2003
• Abb. 38:Natriumgehalt in den Sprossen bei M 21 im Gewächshaus 2001, 2002 und 2003
• Abb. 39:Natriumgehalt in den Blättern von 'KS' im Gewächshaus 2001, 2002 und 2003
• Abb. 40:Natriumgehalt in den Wurzeln von 'KS' im Gewächshaus 2001, 2002 und 2003
• Abb. 41:Natriumgehalt in den Sprossen von 'KS' im Gewächshaus 2001, 2002 und 2003
• Abb. 42:Chloridgehalt in den Blättern 2001
• Abb. 43:Chloridgehalt in den Wurzeln im Gewächshausversuch 2001
• Abb. 44:Chloridgehalt in den Sprossen im Gewächshausversuch 2001
• Abb. 45:Chloridgehalt in den Blättern im Gewächshausversuch 2002
• Abb. 46:Chloridgehalt in den Wurzeln im Gewächshaus 2002
• Abb. 47:Chloridgehalt in den Sprossen im Gewächshausversuch 2002
• Abb. 48:Chloridgehalt in den Blättern im Gewächshaus 2003
• Abb. 49: Chloridgehalt in den Wurzeln im Gewächshaus 2003
• Abb. 50:Chloridgehalt in den Sprossen im Gewächshaus 2003
• Abb. 51:Chloridgehalt in den Blättern von M 21 im Gewächshaus 2001, 2002 und 2003
• Abb. 52:Chloridgehalt in den Wurzeln von M 21 im Gewächshaus 2001, 2002 und 2003
• Abb. 53:Chloridgehalt in den Sprossen von M 21 im Gewächshaus 2001, 2002 und 2003
• Abb. 54:Chloridgehalt in den Blättern von 'KS' im Gewächshaus 2001, 2002 und 2003
• Abb. 55:Chloridgehalt in den Wurzeln von 'KS' im Gewächshaus 2001, 2002 und 2003
• Abb. 56:Chloridgehalt in den Sprossen von 'KS' im Gewächshaus 2001, 2002 und 2003
• Abb. 57:Anteil abgestorbener Blätter zum Versuchsende in der Klimakammer 2002 (%)
• Abb. 58:Vergleich der NaCl-Behandlungsvarianten der Sämlinge von Klon M 21 und  'KS'
• Abb. 59:Vergleich der NaCl-Behandlungsvarianten in vitro vermehrter Pflanze von  Klon M 21, rechts Variante „HT“
• Abb. 60: Vergleich der beiden in vitro vermehrten Varianten von Klon M 21 mit den Sämlingen von Klon M 21 und 'KS' bei den Konzentrationen 200 (links) und 300 mM NaCl
• Abb. 61:Anteil abgestorbener Blätter zum Versuchsende in der Klimakammer 2003
• Abb. 62:Triebzuwachs in der Klimakammer 2002
• Abb. 63:Triebzuwachs in der Klimakammer 2003
• Abb. 64:Natriumgehalt in den Blättern in der Klimakammer 2002
• Abb. 65:Natriumgehalt in den Wurzeln in der Klimakammer 2002
• Abb. 66:Natriumgehalt in den Sprossen in der Klimakammer 2002
• Abb. 67:Natriumgehalt in den Blättern in der Klimakammer 2003
• Abb. 68:Natriumgehalt in den Wurzeln in der Klimakammer 2003
• Abb. 69:Natriumgehalt in den Sprossen in der Klimakammer 2003
• Abb. 70:Chloridgehalt in den Blättern in der Klimakammer 2002
• Abb. 71:Chloridgehalt in den Wurzeln in der Klimakammer 2002
• Abb. 72:Chloridgehalt in den Sprossen in der Klimakammer 2002
• Abb. 73:Chloridgehalt in den Blättern in der Klimakammer 2003
• Abb. 74:Chloridgehalt in den Wurzeln in der Klimakammer 2003
• Abb. 75:Chloridgehalt in den Sprossen in der Klimakammer 2003
• Abb. 76:Vergleich der Blätter von Klon M 1 (links) und M 10 links
• Abb. 77:Vergleich der Früchte von Klon M 17, M 19 und M 21 (von links nach rechts)
• Abb. 78:Fruchtvariationder ausgewählten Bäume
• Abb. 79:Frucht von Baum M 1
• Abb. 80: Früchte von Baum M 10
• Abb. 81: Früchte von Baum M 10 links
• Abb. 82:Zymogramm des Enzyms Aspartataminotransferase (AAT)