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1.  Erkenntnisstand

1.1. Pathogene der Gattung Fusarium - Haupterreger der Wurzel- und Stängelfäule des Spargels

Die heterogene Gattung Fusarium (Link)umfasst zahlreiche Arten imperfekter, meist bodenbürtiger Pilze mit saprophytischer und/oder parasitischer Lebensweise. In der neuen Systematik der Pilze nach HAWKSWORTH et al. (1995) wird die Formenabteilung Deuteromycotina jedoch nicht mehr geführt und die sogenannten Fungi imperfekti nun ohne Organisation in Ordnungen und Familien in die Gruppe der mitosporischen Pilze eingeordnet. Viele Fusariumarten treten kosmopolitisch auf, einige sind auch auf bestimmte Lebensräume beschränkt (WOLLENWEBER und REINKING 1935, GERLACH und NIRENBERG 1982, JOFFE 1986). Zahlreiche Vertreter dieser Gattung zählen zu den bedeutendsten Phytopathogenen und verursachen Fäulen an Wurzeln, Stängelbasis (Fußkrankheit) und Früchten, auch echte Welken (Trachaemykosen) und schließlich Umfallkrankheiten bei Keimlingen. Außerdem bilden einige Arten unter bestimmten Bedingungen für Mensch und Tier gefährliche Mykotoxine. Die Arten werden nach morphologischen und kulturcharakteristischen Kriterien in verschiedene Sektionen eingeteilt. Die erste Fusariummonographie wurde von WOLLENWEBER und REINKING (1935) mit 16 Sektionen, 65 Arten und 53 Varietäten erstellt. Seitdem wurden immer wieder modifizierte, oftmals stark reduzierte Systeme beschrieben (HERING 1997, NIRENBERG 1976), die jedoch diese diffizile Gattung zu vereinfacht darstellen. Mit der Monographie von GERLACH und NIRENBERG (1982) steht ein auf WOLLENWEBER und REINKING (1935) basierendes, jedoch überarbeitetes und differenzierteres System mit 78 Arten und 34 Varietäten zur Verfügung, das insbesondere den Typ der Konidienträger und sporogenen Zellen (Phialide bzw. Polyphialide) und die Gestalt der Mikrokonidien als taxonomische Kriterien in den Vordergrund stellt. Vor allem von Fusarium oxysporum aus der Elegans-Sektion sind zahlreiche formae specialis mit mehr oder weniger ausgeprägter Wirtsspezifität (BOOTH 1971) bekannt.

Bei der Wurzel- und Stängelfäule (Fußkrankheit) des Spargels handelt es sich primär um einen Komplex verschiedener Fusarium spp.-Erreger, die weltweit Hauptursache für wirtschaftlich bedeutende Abbauerscheinungen in Spargelanlagen sind. Es wird in dem Zusammenhang von Ertragsausfällen von bis zu 50% und mehr berichtet (WOLTERSTORFF 1990).


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Nachweislich treten an Spargel verschiedene Fusariumarten mit z. T. unterschiedlicher Pathogenität bis hin zu apathogenen Spezies auf. Oft ist auch eine Koexistenz verschiedener Arten anzutreffen. Fusarium oxysporum (Schlecht.) emend. Snyder et Hansen f. sp. asparagi wird jedoch als dominanter Erreger der Wurzelfäule an Spargel in vielen Ländern der Erde, wie z. B. Deutschland (STAHL 1970, UNTERECKER 1972,1981, WOLTERSTORFF 1990), Niederlande (VAN BAKEL und KERSTENS 1970, BLOK und BOLLEN 1995), Belgien (BROECK und VAN ASCHE 1966), Polen (SADOWSKI und KNAFLEWSKI 1990), Schweiz (GORDON-LENNOX und GINDRAT 1987), Frankreich (RAMEAU 1990), Spanien (TELLO et al. 1985), Italien (FANTINO und FANTUZ 1990), USA (ELMER und STEPHENS 1989, HARTUNG et al. 1990, ELMER et al. 1996), Kanada (CARON et al. 1985), Südafrika (SCHREUDER und LAMPRECHT 1995), Taiwan (TU et al. 1990) und Neuseeland (FALLOON und TATE 1980) genannt.

Zusätzlich werden, in ihrer phytopathologischen Bedeutung jedoch regional unterschiedlich bewertet, auch weitere Fusarium spp. als Verursacher der Wurzel- und Stängelfäule im Spargelanbau aufgeführt. In einigen Anbaugebieten gilt allgemein eher F. moniliforme (Sheld.) emend. Snyder et Hansen bzw. F. proliferatum (Matushima) Nirenberg als verbreiterte und auch wesentlich virulentere Fusariumart (ENDO und BURKHOLDER 1971, JOHNSTON et al. 1979, GILBERTSON und MANNING 1983, DAMICONE und MANINNG 1985, LA MONDIA und ELMER 1989). F. moniliforme wird auch als wichtiges Spargelpathogen in Italien (DI LENNA et al. 1988, FANTINO 1990), Spanien (TELLO et al. 1985) und Kanada (CARON et al. 1985) beschrieben.

F. moniliforme (eigentlich nach NIRENBERG (1976) korrigiert und umbenannt in F. verticillioides (Sacc.) Nirenberg), bildet Mikrokonidien in Ketten und sogenannten „falschen Köpfchen“ nur an Monophialiden, während F. proliferatum diese zwar auch kettenförmig, jedoch sowohl an Mono- als auch v. a. an Polyphialiden ausbildet (NIRENBERG 1976, GERLACH und NIRENBERG 1982, NELSON 1983). Das Vorhandensein verzweigter Phialiden mit häufig mehr als zwei sporogenen Öffnungen ist also das entscheidende morphologische Differenzierungsmerkmal dieser beiden Fusariumarten.

Unter vegetativer Kompatibilität versteht man nach CORELL et al. (1987) die Fähigkeit, nach der Anastomose stabile Heterokaryonten zu bilden. Isolate, die vegetativ kompatibel sind, werden einer VCG (Vegetative Compatible Group) zugeordnet. Sie ähneln sich genetisch mehr als nicht kompatible Isolate derselben Art.


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KUHLMANN (1982) ordnete anamorphe Formen der Fusarium spp. aus der Gruppe Liseola in vier Paarungsgruppen (A-D) von Gibberella fujikuroi Sawada ein, wobei die Gruppe D (G. fujikuroi var. intermedia Kuhlman) die Mikrokonidien in Ketten und „falschen Köpfchen“ an Polyphialiden bildeten und sexuelle Kompatibilität zu F. proliferatum-Isolaten von NIRENBERG (1976) zeigten. Auf dieser Grundlage teilten ELMER und FERRANDINO (1992) alle anamorphen Fusarium spp. innerhalb der Gruppe D der Art F. proliferatum zu. Vertreter dieser Gruppe zeigten sich neben denen aus Gruppe A (anamorph = F. moniliforme) hochvirulent gegenüber Spargel. Spätere Kompatibilitätstests von über 250 Fusarium spp.- Isolaten der Fusariumgruppe Liseola, gewonnen aus verschiedenen Spargelanlagen in den USA, mit Standardstämmen aus unterschiedlichen Paarungsgruppen von G. fujikuroi ergaben, dass 94% der D- Population G. fujikori (anamorphe Form: F. prolifertaum) zugeordnet werden konnten (ELMER 1995).

Als Konsequenz auf durch diese spezifischeren taxonomischen Systeme gewonnenen Erkenntnisse revidiert der Autor frühere F. moniliforme-Identifikationen entsprechend (LA MONDIA und ELMER 1989) und benennt sie um in Fusarium proliferatum (Matsushima) Nirenberg. Er vermutet weiter, dass in der Vergangenheit häufig im allgemeinen keine Differenzierung erfolgte und aus Mangel an taxonomischer Erfahrung oder auch als Folge einer Orientierung an weniger spezifischen oder reduzierten Bestimmungsschemata, wie z. B. das von SNYDER und TOUSSONN (1965), das nur 9 Fusariumarten unterschied, die eigentliche Art F. proliferatum mit dem Synonym F. moniliforme bestimmt wurde.

Auch SCHREUDER und LAMPRECHT (1995) nehmen an, dass es sich bei der in der Literatur als F. moniliforme aufgeführten Fusariumart wohl häufig eher um F. proliferatum handelt. Die Autoren isolierten F. proliferatum,das sich signifikant virulenter erwies als die Arten F. oxysporum und F. solani (Mart.)Appel und Wollenw. emend. Snyder et Hansenaus symptomatischen Spargelpflanzen in Südafrika. ELMER et al. (1999) fanden diesen Erreger in verschiedenen Spargelregionen Australiens, wo er allerdings keine wesentlichen Schäden verursachte, GUERRERO et al. (1999) in Kalifornien und Mexiko, LORI et al. (1998) neben F. verticillioides (Sacc.) in Argentinien und BLOK BOLLEN (1995, 1997) in den Niederlanden und ELENA und KRANIAS (1996) in Griechenland.

Ein ebenfalls wichtiger und relativ häufig an Spargel pathogener Fusariumerreger ist F. redolens Wollenw. f. sp. asparagi,der aufgrund großer morphologischer Ähnlichkeiten lange Zeit sogar als F. oxysporum genannt oder auch als eine Varietät(F. oxysporum var. redolens) hiervon differenziert wurde. Aufgrund r-DNA-Analysen (WAALWIJCK et al. 1996, [Seite 12↓]HERING 1997, O`DONNELL et al. 1998) konnte jedoch eine eindeutige Identifikation als eigene Art erfolgen und wird neuerdings nach Baayen F. redolens (Wollenw.) f. sp. asparagi (Baayen) benannt (BAAYEN et al. 2000). Aus Deutschland berichten über diese Fusariumart als Wurzelfäuleerreger STAHL (1970), UNTERECKER (1972, 1981), GOSSMANN et al. (2001), aus der Schweiz GORDON-LENNOX und GINDRAT (1987), aus Polen SADOWSKI et. KNAFLEWSKI (1990), aus Kanada GRAHAM (1955), von Neuseeland FALLOON und TATE (1986) und CHEA (1986) und aus den Niederlanden BAAYEN et al. (2000).

Aus verschiedenen Ländern wird, allerdings in geringerem Umfang und in der Regel von untergeordneter phytopatholgogischer Bedeutung,auch von anderen Fusariumarten als Erreger der Wurzelfäule bei Spargel berichtet, wieF. equiseti (Corda) Sacc., F. sambucinum Fuckel, F. tricintum (Corda) Sacc., F. solani (Mart.) Sacc. und F. acuminatum (Ellis und Kellerm.) aus der Schweiz (GINDRAT et al. 1984, CORBAZ 1990), F. sambucinum und F. acuminatum aus Polen (KNAFLEWSKI et al. 1993), F. sambucinum und F. solani aus Italien (FANTINO und FANTUZ 1990), Spanien (TELLO et al. 1985) und Polen (SADOWSKI und KNAFLEWSKI 1990). F. solani tritt zwar generell relativ häufig bei Spargelpflanzen auf, erwies sich in Pathogenitätsversuchen jedoch als nur schwach pathogen (DAMICONE und MANNING 1985, SCHREUDER und LAMPRECHT 1995) oder sogar als apathogen (VAN DEN BROECK und VAN ASSCHE 1966). GORDON-LENNOX und GINDRAT (1987) beschreiben hingegen ein aus einem Spargelnachbauboden im Rhonetal isoliertes F. solani-Isolat, das sich in Klimakam­merversuchen hoch virulent zeigte, während F. equiseti und F. acuminatum nur leichte Krankheitsindices (Wurzelnekrosen ermittelt als RNI = Root-Necrosis-Index) verursachten.

Eine weitere im Spargelanbau phytopathologisch bedeutende Fusariumart ist F. culmorum (W. G. Smith) Sacc. aus der Sektion Discolor, dieüberwiegend basale Triebteile befällt und somit als Haupterreger der Stängelfäule oder sogenannten 'Fußkrankheit' des Spargels gilt.

F. culmorum ist ein ubiqiutäres Pathogen, von dem aus Spargelanbaugebieten in Deutschland (TEMPEL 1929, WEISE 1939, KLINKOWSKI et al. 1976, UNTERECKER 1981), Belgien (VAN DEN BROECK und VAN ASSCHE 1966), den Niederlanden (VAN BAKEL und KROM-KERSTENS 1974), der Schweiz (GORDON-LENNOX und GINDRAT 1987), Spanien (TELLO et al. 1985), Kanada (CARON et al. 1985, KAMULA et al. 1994) und Brasilien (ATHAYDE und PONTE 1985) berichtet wird.


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In der Regel ist eine Infektion nur auf einzelne Triebe beschränkt und führt auch nicht unbedingt zu einem Absterben der gesamten Pflanze (CARON et al. 1985, WOLTERSTORFF 1990). Auch ist eine epidemische Ausbreitung in der Anlage im Allgemeinen nicht zu beobachten. Dennoch berichten VAN BAKEL und KROM-KERSTENS (1974) von regional sehr unterschiedlichen Befallsgraden in der Anlage; von einzelnen symptomatischen Pflanzen bis hin zu 50% Befall des Gesamtbestandes.

Die charakteristischen Symptome erscheinen an der Stängelbasis und den unterirdischen Stängelbereichen zunächst als rötliche-braune Flecken unregelmäßiger Form und Größe, die im weiteren Verlauf der Pathogenese zu größeren Läsionen zusammenfließen. Bei feuchter Witterung ist an den Infektionsstellen ein weißes bis blaßrotes Mycel sichtbar (KLINKOWSKI et al. 1976). Die Stängelbasis wird schließlich schwammig und zeigt im Längsschnitt eine rötlich bis violette Färbung des kollabierten Gewebes (WEISE 1939, VAN BAKEL und KERSTENS 1970, VAN BAKEL und KROM-KERSTENS 1974, UNTERECKER 1981). Als Folge der Infektion werden die betroffenen Triebe gelb und sterben ab, was längerfristig zu einer Schwächung der Pflanze durch die reduzierte Assimilationsfläche führt. Diese Symptome erscheinen zwischen Juli und Ende September. Zur gleichen Zeit kann auch eine seltenere Krankheitsform von F. culmorum im oberen Stängelbereich und an den stärkeren Seitentrieben auftreten. Hier zeigen sich dann längliche, rötlich-braun gefärbte Bänder mit deutlichem Rand und heller Mittelzone mit z. T. schleimigen Sporenlagern (VAN BAKEL und KROM KERSTENS 1974, HARTMANN 1989). Diese Läsionen sind nach UNTERECKER (1981) jedoch auf die Epidermis beschränkt und das darunter liegende Gewebe bleibt intakt.

Ein Befall der Krone und der Wurzeln konnte im Freiland in der Regel nicht beobachtet werden (VAN BAKEL und KROM KERSTENS 1974, UNTERECKER 1981, GORDON-LENNOX und GINDRAT 1987). KAMULA et al. (1994) inokulierten in vivo Wurzeln von Spargelsämlingen mit einer Sporensuspension von F. culmorum und führten nach unterschiedlichen Inkubationszeiten mikroskopische Untersuchungen der Wurzeln durch. Sie stellten hingegen fest, dass bereits innerhalb der ersten 3 Tage die meisten Makrokonidien gekeimt waren und nach 7 Tagen die Hyphen begannen, die Wurzeln zu penetrieren. Junge Spargelwurzeln besitzen eine dimorphe Exodermis mit läng­lichen und kurzen Zellen. Bei den länglichen Zellen entwickeln sich Casparysche Streifen und suberinhaltige Lamellen, während bei den meisten kurzen Zellen nur die Casparyschen Streifen zu finden sind (HUSSEY 1982, KAMULA 1991). Eine Infektion der Hauptwurzel blieb bei KAMULA et al. (1994) auf diese [Seite 14↓]suberinfreien Zellen der Exodermis im proximalen Bereich der Wurzel beschränkt. Allerdings erfolgte auch eine Besiedlung über die ungeschützten Spitzen der jungen Seitenwurzeln.

Eine Stängelinfektion erfolgt meistens über Wunden an dessen Basis in der Nähe der Bodenoberfläche. VAN BAKEL und KROM KERSTENS (1974) stellten fest, dass die ersten Symptome 5 bis 10 cm unter der Bodenoberfläche auftreten und F. culmorum sich dann v. a. akropetal bis in eine Höhe von ca. 20 cm über dem Boden ausbreitet. Eine basipetale Expansion des Erregers wurde selten und nur bis maximal in den Kronenbereich registriert. Des weiteren ermittelten die Autoren eine positive Korrelation zwischen Bodentemperatur, Niederschlag und Infektionsausmaß. Mit zunehmend steigenden Temperaturen (> 17° C) in 10 cm Bodentiefe erfolgte eine vermehrte Infektion der Triebe unterhalb der Bodenoberfläche. Hoher Niederschlag und Wind verursachte einen Anstieg oberirdisch infizierter Triebe, was auf eine positive Beeinflussung der Ausbreitung des Inokulums zurückgeführt wird. Leichte und sandige Böden förderten den Befall zusätzlich.

Als Resultat der Literaturrecherche können die beiden Fusariumerreger aus der Sektion Elegans (WOLLENWEBER und REINKING 1935), F. oxysporum Schlecht. Snyder et Hansen f. sp. asparagi Cohen et Heald, F. redolens (Wollenw.) f. sp. asparagi und F. proliferatum (Matsushima) Nirenberg, und z. T. wohl auch F. moniliforme Sheldon (bzw. nach NIRENBERG (1976) F. verticillioides) aus der Sektion Liseola, als die wichtigsten Erreger der Wurzelfäuleerkrankung des Spargels angesehen werden. In einigen der folgenden Quellenangaben kann allerdings nicht ausgeschlossen werden, dass es sich aus den bereits beschriebenen Umständen bei F. moniliforme auch um F. proliferatum handeln kann.

Diese oben genannten Pathogene befallen überwiegend den unterirdischen Stängelgrund, die Wurzelkrone, Speicher- und Nebenwurzeln, jedoch mit unterschiedlichen Präferenzen. So konnte F. oxysporum wesentlich seltener aus basalen Stängelbereichen und der Krone isoliert werden als F. moniliforme bzw. F. proliferatum (GILBERTSON und MANNING 1980, DAMICONE und MANNING 1985, LA MONDIA und ELMER 1988, FANTINO 1990, SCHREUDER und LAMPRECHT 1995). JOHNSTON et al. (1979) tendieren aufgrund dieser Eigenschaft sogar dazu, F. moniliforme eher in die Kategorie der Fuß- und Stängelfäulen zu integrieren. Der typischen Symptomatik gehen in der Regel mehr oder weniger starke Wachstumsdepressionen voraus (ENDO und BURKHOLDER 1971, WOLTERSTORFF 1990). Oft sind dann vor allem bei F. moniliforme bereits am Stängelgrund rötlichbraune oder braune Läsionen zu sehen (ENDO und BURKHOLDER 1971, VAN BAKEL und KERSTENS 1970, TELLO 1985); dieser kann bei F. oxysporum und F. redolens aber auch durchaus symptomfrei [Seite 15↓]und grün bleiben (STAHL 1970, CRÜGER 1991). An den Wurzeln entstehen die für F. oxysporum typischen rötlichbraunen, langgezogenen, strichförmigen, oft in Längsrichtung aufgerissenen Nekrosen, die sich im weiteren Verlauf dunkel verfärben und gürtelartig die Wurzel umfassen (Abb.1). Auch die feinen Seitenwurzeln und die Wurzelspitzen sind bräunlich verfärbt. Im Endstadium ist das Rindengewebe gänzlich zersetzt und es bleiben nur die verkorkten Außenschichten und Teile des Zentralzylinders übrig, der als weißer Faden in den charakteristischen „Wurzelschläuchen“ deutlich zu erkennen ist (Abb.1).

Abb. 1: Charakteristisches Schadsymptom (Wurzelschläuche) von Fusarium oxysporum.

F. moniliforme und F. proliferatum provozieren an der Wurzel z. T. ähnliche Symptome wie F. oxysporum und F. redolens,finden sich in der Literatur jedoch weniger umfangreich und detailliert beschrieben. GILBERTSON und MANNING (1983) bemerkten bei F. moniliforme rötlichbraune Nekrosen an Speicher- und Feinwurzeln bis hin zu einer partiellen Fäule größerer Wurzelbereiche und eine tiefreichende Verbräunung der Krone. ENDO und BURKHOLDER (1971) berichteten über eine durch F. moniliforme verursachte Trockenfäule der Krone.

Meristematische Zonen der Wurzel sind prädestinierte Infektionslokalitäten. GRAHAM (1955) und SHOEMAKER (1965) beobachteten in ihren lichtmikroskopischen Untersuchungen, dass die Wurzelspitzen und die Austrittsstellen der jüngsten Seitenwurzeln bevorzugte Eintrittspforten von F. oxysporum waren. Elektronenmikroskopische Analysen des Infekti[Seite 16↓]onsmodus von SMITH und PETERSON (1983) bestätigen diese Beobachtungen. Sie erkannten, dass die Hyphen von F. oxysporum sich in der Region um die Kalyptra konzentrierten, wo sie einen Thallus bildeten. Die Hyphen wuchsen überwiegend entlang der Hauptachse der Wurzeln und wurden oft in Nischen zwischen benachbarten Zellen entdeckt, von wo aus sie auch weiter direkt ins Gewebe penetrierten. Eine Ausbreitung erfolgte inter- und intrazellulär. Die Wirtszellen reagierten mit strukturellen Abwehrmechanismen, wie vermehrten Zellwandablagerungen, deren Zusammensetzung in späteren Untersuchungen (SMITH und PETERSON 1985) als verschiedene Polysaccharide, Kallose und phenolische Verbindungen identifiziert wurde. Es konnte allerdings auch ein Eindringen der Hyphen in diese Schutzsubstanzen beobachtet werden, so dass ein weiterer Vorstoß ins Cytoplasma generell nicht ausgeschlossen, durch diese Barrieren wohl aber behindert bzw. verzögert werden kann (strukturelle Resistenz). Aufgrund der Tatsache, dass an den Penetrationsstellen keine Zellwandreste zu finden waren, gehen die Autoren von einer primär lytischen Zerstörung der Zellwände aus. Erst dann wird aktiv mit mechanischem Druck der Hyphen das weitere Eindringen fortgesetzt. Nach DIMOND (1970) breiten sich Welkeerrerger wie Fusarium oxysporum nach Wurzelinfektion schnell systemisch mit der Gewebeflüssigkeit in der Pflanze aus, bis sie auf solche vom Wirt gebildeten Barrieren stoßen. Dort keimen sie, formen Penetrationshyphen, mit denen sie diese Hindernisse überwinden, bilden dann neue Propageln und setzen ihre Migra-tion fort.

Begleitet wird der Prozess der Wurzelfäule von oberirdischen Aufhellungen der Phyllokladien (Chlorosen), Triebverkrümmungen mit Vergilbungen, Welketrachten bis hin zum Absterben ganzer Triebe unterschiedlicher Entwicklungsstadien (VAN BAKEL und KERSTENS 1970, ENDO und BURKHOLDER 1971, UNTERECKER 1972, WOLTERSTORFF 1990, SCHREUDER und LAMPRECHT 1995). Welkeerscheinungen sind für die gefäßparasitierenden Fusarium spp. (Trachaeomykosen) charakteristisch und auf eine Verstopfung der Leitgefäße sowohl durch das Mycel des Schadpilzes als auch durch Abbauprodukte der Gefäßwände aufgrund biochemischer Attacken des Pathogens zurückzuführen (DIMOND 1970, SCHLÖSSER 1983, MANDEEL et al. 1994). ENDO und BURKHOLDER (1971) stellten aber auch Triebvergilbungen ohne auffallend nekrotisierte Gefäße fest, was auf die Zerstörung der Wurzel und den damit verminderten Wassertransport zurückzuführen ist. Daneben sind auch Welketoxine, wie Fusarinsäure und Dehydrofusarinsäure, für die Welkesymptome verantwortlich (GÄUMANN 1957, DIMOND 1970), die primär an Mitochondrien-, Mikrosomen- oder Chloroplastenmembranen angreifen (PRELL 1996).


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Im Allgemeinen treten die Symptome der Wurzelfäule in Ertragsanlagen verstärkt ab dem 3. Standjahr auf und breiten sich herdartig im Bestand aus (STAHL 1970, UNTERECKER 1972, GINDRAT et al. 1988, WOLTERSTORFF 1990). Aber auch Junganlagen, insbesondere in unmittelbarer Nähe zu befallenen Ertragsanlagen oder auf Nachbauflächen, können bereits Symptome zeigen (SMITH und PETERSON 1983, GILBETRSON und MANNING 1983, DAMICONE und MANNING 1985, FANTINO und FANTUZ 1990). GRAHAM (1955) und SCHREUDER und LAMPRECHT (1995) berichten sogar über einen rapiden Krankheitsverlauf mit massiven Ausfällen bereits nach wenigen Monaten in einer Junganlage ohne vorausgegangenen Spargelanbau.

Neben der phytopathologischen Bedeutung der Fusarien muss auch eine mögliche Kontamination der geernteten Spargelstangen mit humanpathogenen Mykotoxinen und damit einer direkten Gefährdung des Verbrauchers als wichtiger Aspekt in die Fusariumproblematik einfließen. Als potentielle Mykotoxinproduzenten konnten bereits die Fusariumerreger F. oxysporum, F. redolens, F. proliferatum, F. verticillioides (Syn. F. moniliforme) (BLOK und BOLLEN 1995, GUERRERO et al. 1999, POLL 1998, ELMER 2000) und F. redolens BAAYEN et al. 2000) von Spargelstangen isoliert werden.

Eine Ausbreitung bzw. Verschleppung des Inokulums erfolgt durch kontaminierten Samen (INGLIS 1980, DAMICONE et al. 1981, GIBERTSON und MANNING 1983), befallene Jungpflanzen (GROGAN und KIMBLE 1959, UNTERECKER 1972, BLOK und BOLLEN 1996), Wind (DAMICONE und MANNING 1985, DAMICONE et al. 1988, DUMROESE et al. 1998) und durch eine bereits am Endstandort vorhandene Erregerpopulation, die sich als Konsequenz auf eine ungünstige Fruchtfolge oder einen unmittelbaren Nachbau aufbauen kann (BLOK 1997). Fusarien können als fakultative Parasiten sowohl parasitisch auf der Pflanze als auch saprohytisch an abgestorbenen Pflanzenrückständen im Boden leben. Bei F. oxysporum f. sp. asparagi ist das Wirtsspektrum mit pathogenen Auswirkungen in der Regel auf Spargelbeschränkt, jedoch kann diese Art bei Abwesenheit des Wirtes auch auf pflanzlichen Rückständen verschiedener Kulturen, wie v. a. Lupine, Bohne, Erbse (BLOK und BOLLEN 1997), Möhre, Tomate und Weizen (WEBER und KNAFLEWSKI 1993) oder in Form von Chlamydosporen im Boden viele Jahre überdauern (GRAHAM 1955, BURGESS 1981, BLOK und BOLLEN 1996). Zwiebel und Lauch erwiesen sich als unbedenkliche Vorfrüchte, da sie nicht (BLOK und BOLLEN 1997) bzw. nur sehr gering (WEBER und KNAFLEWSKI 1993) von F. oxysporum besiedelt wurden.


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F. moniliforme und F. proliferatum können zwar verdickte, widerstandsfähige Hyphen bilden (NYVALL und KOMMEDAHL 1968), sind aber mangels Chlamydosporenbildung weniger persistent und auf Pflanzenrückstände bzw. einen lebenden Wirt eher angewiesen (HARTUNG et al. 1990, NYVALL und KOMMEDAHL 1970). Dafür ist die Wirtsspezifität mit pathogener Ausprägung hier vielfältiger und bei der Wahl geeigneter Nachbarkulturen (Anemochorie der Mikrosporen) entsprechend zu berücksichtigen. So fanden DAMICONE und MANNING (1980) und DAMICONE et al. (1988), dass sich F. moniliforme sowohl an Mais als auch an Spargel als sehr pathogen erwies (cross-pathogenicity). Bereits NYVALL und KOMMEDAHL (1970) berichteten über eingearbeitete Maisstoppel als wichtige Inokulumquelle für F. moniliforme, was bei der Wahl als Vorfrucht für Spargel entsprechend berücksichtigt werden sollte.

Wachstumsdepressionen mit z. T. aggressiv verlaufenden Absterbeerscheinungen konnten insbesondere in Nachbauböden registriert werden (GROGAN und KIMBLE 1959, STAHL 1970, GEHLKER 1974, HUISKAMP und KANTERS 1989, BLOK 1992, BLOK und BOLLEN 1993, MEHWALD 1989, BLOK 1997, POLL 1999). Hierfür wird u. a. eine direkte phytotoxische Wirkung allelopathischer Verbindungen der verbleibenden Spargelwurzeln (Autotoxine) verantwortlich gemacht (PUTNAM et al. 1982, HARTUNG und STEPHENS 1983, YOUNG 1984, 1986, HARTUNG und PUTNAM 1985, YANG 1985, SHAFER und GARRISON 1986, PEIRCE 1989, NIGH 1990), die später als verschiedene Zimtsäuren (Kaffee-, Ferulasäure) näher beschrieben wurden (HARTUNG et al. 1990, MILLER et al. 1991) und nachweislich Wurzelspitzen und Epidermiszellen junger Spargelsämlinge zerstörten (PEIRCE und MILLER 1993). SCHOFIELD et al. (1996) vermuten, dass Autotoxine sogar primär an der Nachbauproblematik im Spargelanbau beteiligt sind, da sie in Gefäßversuchen mit Nachbauerde, trotz chemischer Dämpfung mit Chloropicrin, Wachstumsdepressionen der Spargelpflanzen feststellten. In einem Versuch über die Stabilität der toxischen Stoffe im Boden konnten SCHOFIELD et al. (1999) zeigen, dass die Konzentration zunächst rasch abnahm, aber selbst nach 10 Monaten noch nachweisbar war und wesentlich von Niederschlag und Temperatur beeinflusst wurde. Dennoch wird auch von diesen Autoren in Übereinstimmung mit Untersuchungen von HARTUNG und STEPHENS (1983), HARTUNG und PUTNAM 1985, HARTUNG et al. (1989), PEIRCE und MILLER (1990), KEULDER (1998) eine zum Teil signifikant synergistische Auswirkung der Asparagustoxine auf einen Befall mit F. oxysporum und F. moniliforme bestätigt. Eine mögliche Ursache sehen HARTUNG et al. (1989) in einer signifikanten Reduktion der Peroxidase-Aktivität, was die Prädisposition gegenüber Pathogenen erhöht. Ebenso wurde eine verminderte Respirationsleistung und damit [Seite 19↓]eine Einschränkung Energie produzierender Prozesse festgestellt. BLOK (1997) konnte im Gegensatz hierzu keinen förderlichen Einfluss von Spargelwurzelrückständen auf eine Infektion mit F. oxysporum nachweisen. Allerdings ist eine negative Beeinflussung der fragilen Bodenmikroflora durch selektive Inhibition antagonistischer Bodenpilze durch die Asparagustoxine nicht ausgeschlossen.

Chemische Bekämpfungsmaßnahmen in Form von Bodendesinfektion und fungizide Saatgut- bzw. Rhizombehandlungen mit beispielsweise Benomyl (methyl (1-[(butylamino) carbonyl-1H-benzimidazol-2-yl]-carbamat) oder Captan (N-[(trichlormethyl)thio]-4-cyclohexene-1,2-di­car­boximid) erwiesen sich aufgrund spezifischer Faktoren im Pathosystem Asparagus-Fusarium, wie z. B. ausgeprägte Persistenz- und Widerstandsfähigkeit der Erreger und die Perennität der Spargelkultur mit tiefreichendem Wurzelsystem, als unzureichend effektiv, temporär begrenzt oder aus ökonomischer und ökologischer Sicht unpraktikabel (STAHL 1970, KLINKOWSKI 1976, MANNING und VARDARO 1977, LACY 1979, UNTERECKER 1981, LILL und TATE 1982, GINDRAT et al. 1984, DAMICONE und MANNING 1985, MOLOT et al. 1985, DAMICONE et al. 1988, KNAFLEWSKI und SADOWSKI 1990, KNAFLEWSKI et al. 1993).

Dennoch wurden auch z. T. positive Effekte auf die Wüchsigkeit während der Anwachsphase der Spargelpflanzen erzielt und prophylaktische Behandlungen der Rhizome mit Benomyl (MANNING und VARDARO 1977, TILL und TATE 1982, NIGH 1990), Chinoin-Fundazol und Malipur (RAHDEN et al. 1990) oder Tecto 20 S (Thiabendazol) und Ridomil MZ (Metalaxyl) (FALLOON und FRASER-KEVERN 1996) empfohlen. DI LENNA et al. (1988), KNAFLEWSKI (1990) und NIGH (1990) erzielten nach einer Saatgutbeizung mit in Azeton gelöstem Benomyl einen vitaleren Aufwuchs mit geringeren Fusariuminfektionen gegenüber der unbehandelten Kontrolle. Das Azeton fungierte hier als Transportmedium, den fungiziden Wirkstoff optimal in der tief strukturierten Samenhülle zu verteilen (O`NEILL et al. 1979). In Modellversuchen zeigte der Wirkstoff Prochloraz (Sportak) ausgeprägte inhibitorische Wirkungen gegen F. oxysporum und F. redolens (CHEAH 1986, BLOK et al. 1997a). BLOK und BOLLEN (1996) konnten durch eine Substratbehandlung mit Capatafol verminderte Fusarium oxysporum-Infektionen nachweisen. Zur Zeit sind in Deutschland im Spargelanbau für die Fusariumbekämpfung generell keine chemischen Pflanzenschutzmittel ausgewiesen. In einigen Bundesländern wird Sportak als einzelbetriebliche 18 b-Genehmigung empfohlen (ZIEGLER 2002). DAMICONE et al. (1981) konnten an Spargelsaatgut, das 25 min in 50° C heißes Wasser getaucht war, zwar eine signifikante Reduktion der Fusariumsporen, jedoch [Seite 20↓]auch eine starke Keimhemmung durch diese Methode feststellen. KAUFMANN (1992) hingegen beobachtete nach thermischer Behandlung des Saatgutes später eine bessere Etablierung der Pflanzen im Freiland.

Spargel ist eine extrem salzverträgliche Pflanze (FRANCOIS 1987). Bereits früh erkannte man wachstumsfördernde Effekte von Steinsalzgaben in Spargelanlagen (RUDOLPH 1921). Seit ca. 10 Jahren werden verstärkt Untersuchungen durchgeführt, die verschiedene Chloridformen (KCl, NaCl) als potentielle Bekämpfungsmaßnahmen gegen Fusarium spp. bei Spargel prüfen. So stellte ELMER (1989) nach Gefäßversuchen im Gewächshaus fest, dass insbesondere NaCl-Applikationen als Granulat und Suspension das Wurzelwachstum steigerten und die Fusariuminfektion reduzierten. Eine Kombination mit Calciumnitrat Ca(NO3) führte zu einem synergistischen Effekt. Zudem war die Hemmwirkung in vitro gegenüber F. oxysporum wesentlich ausgeprägter als gegen F. moniliforme bzw. F. proliferatum. Die positiven Auswirkungen von NaCl wurden in weiteren Gefäß- und auch Freilandversuchen mit Applikationen im April und Juni bestätigt (ELMER 1992, 1995) und Aussagen über mögliche Ursachen dahingehend formuliert, dass wohl eine Beeinflussung des osmotischen Potentials und eine Förderung der Population Mn-reduzierender Rhizosphärenbakterien und damit eine optimierte Mn-Verfügbarkeit der Pflanzen eine entscheidende Rolle spielt. Mittlerweile arbeitet man auch in der niederländischen Spargelforschung mit NaCl-Applikationen und konnte ebenfalls einen reduzierten Fusariumbefall der Wurzeln und weniger berostete Spargelstangen verzeichnen (POLL 1999). In niederschlagsarmen Regionen bzw. bei nicht bewässerungsfähigen Anlagen können sich allerdings sehr hohe NaCl-Gaben auch negativ auf die Spargelpflanzen auswirken (POLL und TITULAER 2000).

Von besonderer Bedeutung für eine erfolgreiche Minimierung der Ausfälle durch Fusarium spp. ist die Integration ackerbaulicher und kulturtechnischer Maßnahmen in die Bekämpfungsstrategie. So sind bereits bei der Standortwahl tiefgründige, leichtbindige (SL-SL3D), humose Böden ohne Verdichtungshorizonte zu bevorzugen, da generell in zu Staunässe gefährdeten Böden bzw. Lagen ein stärkerer Fusariumbefall beobachtet werden konnte (GEHLKER und SCHOLL 1974, UNTERECKER 1981, WOLTERSTORFF 1990, SADOWSKI 1990). Massive Ausfälle durch Fusarium spp. konnten GEHLKER und SCHOLL (1974) auf Flächen mit relativ hohen Kies- und Grobsandanteilen bei gleichzeitig geringen Tongehalten (< 10%) feststellen. Eine geringere Befallsintensität wurde dort gefunden, wo sich Lehmbänder durch Lessivierungsprozesse im Unterboden gebildet hatten. Die [Seite 21↓]Autoren vermuten hierin auch eine Art Schutzschirm gegen Schadstoffe aus tieferen Bodenschichten (z. B. Schwefelwasserstoff), die einen Pathogenbefall begünstigen können.

Eine Zufuhr von organischer Substanz unterstützt den Aufbau eines antiphytopathogenen Potentials des Bodens und kann so zu einer auf mikrobiellem Antagonismus basierenden Pathogenreduktion, wie u. a. gegen Fusarium spp., führen (BOCHOW und SEIDEL 1964, BOCHOW 1966, HEITEFUSS 1975, LUMSDEN et al. 1983, SUN und HUANG 1985, PHILIPP 1988). GEHLKER und SCHOLL (1974) diagnostizierten einen starken Fusariumbefall auf Standorten mit einem C-Gehalt < 0,9% im Gegensatz zu fast befallsfreien Anlagen mit höheren Kohlenstoffgehalten. TU und CHENG (1990) gelang es, in einer älteren, bereits stark durch F. oxysporum geschwächten Anlage, mit der Einbringung von Reisspelzen die Abbauerscheinungen aufzuhalten und deutliche Mehrerträge zu erzielen. Eine zusätzliche Behandlung der Reisspelzen mit dem Fungizid Benlate WP brachte eine signifikante Steigerung dieses Effektes.

KNAFLEWSKI und SADOWSKI (1990b) registrierten höhere Infektionsraten von F. oxysporum in ungedüngten Anlagen im Vergleich zu mit unterschiedlichen NPK-Düngerstufen (150-170 kg/ha) versorgten Flächen. GEHLKER und SCHOLL (1974), VAN NERUM und SCHEYS (1976), KHOSLA und THIESEN (1985), HARTMANN (1989) und WOLTERSDORF (1990) bewerteten Mg und Ca als wichtige Nährstoffe im Zusammenhang mit Wurzelfäulekrankheiten bei Spargel. Auch eine Unterversorgung mit Kalium kann über Beeinflussung des N-Stoffwechsels zu einer Anhäufung niedermolekularer Kohlenhydrate führen, die wiederum ein günstiges Nährsubstrat für Pathogene darstellen (AMBERGER 1986) und somit die Prädisposition der Spargelpflanzen gegenüber Fusarium spp. erhöhen. ELMER (1989, 1992) untersuchte verschiedene N-Formulierungen und bemerkte, dass sich Ca (NO3) hemmend und KNO3 fördernd auf einen Befall mit F. oxysporum und F. proliferatum auswirkten. PHILIPP (1988) berichtet von einem verstärkten Auftreten von Fusarium culmorum aufgrund hoher Stickstoffdüngungen, die über einen gesteigerten Wasserverbrauch die Pflanzen stressten und so für diesen Pathogenangriff anfälliger machten.

Am Spargel treten neben anderen v. a. das Spargelvirus 1 (AV I) aus der Gruppe der Potyviren und das Spargelvirus 2 (AV II), ein Ilarvirus, auf (WEISSENFELS 1973). Während GREINER (1980) in seinen Untersuchungen keine Korrelation zwischen einem Virus- (AV I) und einem Fusariumbefall feststellen konnte, beobachteten EVANS und STEPHENS (1989) eindeutige interaktive Reaktionen der getesteten Spargelsämlinge, die auf eine Förderung des Fusariumbefalls durch Praeinokulation mit AV I und AV II schließen lassen. So wurde in Re[Seite 22↓]lation zu der virusfreien Kontrolle bei den virusinfizierten Pflanzen ein wesentlich höherer Efflux der Wurzel an Glucose (3x), Gesamtkohlenstoff (1,7x) und Aminosäuren (8x) registriert. Die Wurzelexsudate führten zu einer signifikanten Förderung der Mikrokonidienkeimung von F. oxysporum und F. moniliforme. Als weiterere Reaktion auf eine Virusbesiedlung konnte eine Reduzierung des Lignifizierungsprozesses von 40 bis 50% in den von diesen beiden Erregern infizierten Wurzelbereichen ermittelt werden. Signifikant höhere Infektionsraten mit F. oxysporum und F. moniliforme waren bei einer Mischinfektion von AV I und AV II im Vergleich zu einem Befall mit nur einem der beiden Viren zu verzeichnen.

Ein verstärktes Fusariumauftreten konnte auch immer wieder im Zusammenhang mit einem Befall der Spargelpflanzen mit der Spargelminierfliege (Ophiomyia simplex Loew.) festgestellt werden (VAN BAKEL und BETHE 1974, GILBERTSON et al. 1985, DAMICONE und MANNING 1987). In den nekrotisierten Minen finden die Pathogene optimale Voraussetzungen, schon früh im Jahr große Mengen an Inokulum aufzubauen. Eine rasche Verbreitung der Erreger in den Trieben erfolgt über Migrationsfraß der Larven. GILBERTSON et al. (1985) schlussfolgern aus ihren Untersuchungen, dass ein Befall mit Ophiomya simplex für die Pathogenese von F. moniliforme relevant ist. Sie beobachteten eine Ausbreitung dieses Erregers auch über größere Distanzen mit Hilfe der adulten Fliegen, die aus kontaminierten Puppen geschlüpft waren.

Positive Resultate bei der Entwicklung von Bekämpfungsstrategien gegen Fusarium spp. erzielten BLOK et al. (1995) mit einer Methode, die den aeroben Pathogenen den lebensnotwendigen Sauerstoff entzieht. Nach Einarbeitung von reichlich Grünmasse (z. B. Brokkoli, Gras) wurden die Flächen mit luftdichter Folie bedeckt. Der vorhandene Sauerstoff im Boden war mikrobiell schnell verbraucht und die Fusariumkeime wurden stark reduziert. Eine Eignung dieser anaeroben Bekämpfung unter Praxisbedingungen wird zur Zeit noch in den Niederlanden geprüft (POLL 1999).

Trotz weltweiter Forschungen stehen der Praxis bislang keine ausgesprochen Fusarium-resistente Spargelsorten zur Verfügung (ELLISON 1986, STEPHENS und ELMER 1989, WACKER et al. 1990d). Im Sortiment und Zuchtmaterial gibt es jedoch deutliche Unterschiede in der Anfälligkeit für Fusarium spp. mit mehr oder weniger ausgeprägten Toleranzen (STEPHENS et al. 1989, ELLISON 1990, RAMEAU und BOTA 1990, SADOWSKI und KNAFLEWSKI 1990, PERKO et al. 1996, ANONYM 1998). Zwischen vielen Spargelsorten besteht ein relativ niedriges Niveau an genetischer Diversität (ELLISON 1986). Mit Hilfe der Gewebekultur, ausgehend von z. B. Protoplasten, kann die genetische Variabilität vergrößert [Seite 23↓]und so gewünschte Genotypen selektiert werden (JANSEN et al. 1989). DAN und STEPHENS (1995) registrierten eine signifikant ausgeprägtere Toleranz gegenüber F. oxysporum und F. proliferatum bei den somatischen Embryonen aus Protoplasten von der eigentlich mäßig toleranten Sorte 'Lucullus 234' im Vergleich zu den vegetativ vermehrten Pflanzen. PONTAROLI et al. (2000) schließen aufgrund ihrer Untersuchungen zur Keimung von Spargelpollen in toxischen Filtraten von F. oxysporum auf eine positive Korrelation zwischen einer erfolgreichen Pollenschlauchkeimung und einer möglichen Resistenzreaktion der Pflanze. Ein Potential für die moderne Resistenzzüchtung bei Spargel sehen sie in der Gametophytenselektion, die einige Vorteile gegenüber der traditionellen Selektionszüchtung mit der Sporophytengeneration hat.

1.2. Antagonistische Mikroorganismen in der Rhizosphäre

In der Rhizosphäre sind häufig mutualistische Assoziationen zwischen Wurzel und Mikroorganismen anzutreffen. Das heißt, beide Partner profitieren wechselseitig von der Beziehung. Bekannte Beispiele hierfür sind assoziative (Azotobacter) und symbiontische (Rhizobium) N2-fixierende Bakterien und verschiedene Pilz-Wurzel-Vergesellschaftungen (Mykorrhiza). Der mikrobiologische Pflanzenschutz nutzt neben diesen Symbiosen zwischen Organismus und Pflanze vor allem antagonistische Beziehungen der Mikroorganismen untereinander. So stellen insbesondere sogenannte nützliche antagonistische Bodenorganismen (beneficial organisms) wesentliche biotische Begrenzungsfaktoren der pathogenen Mikroflora- und fauna dar. Eine hohe Diversität der Antagonistenpopulationen ist kennzeichnend für suppressive Bodensysteme mit ausgeprägtem und stabilem antiphytopathogenen Potential (HORNBY 1983, PHILIPP 1988).

Erst mit Beginn des 20. Jahrhunderts setzte intensiv die Grundlagenforschung auf dem Gebiet der biologischen Bekämpfung mikrobieller Schaderreger ein. Erste Infektionsversuche mit pilzlichen Pathogenen von Keimlingskrankheiten in desinfizierten und natürlichen Böden ließen auf die pathogenunterdrückende Wirkung von antagonistischen Mikroorganismen schließen (COOK und BAKER 1983). 1926 konnte SANFORD nach Einbringung von Gründüngung eine Steigerung der Mikroorganismenpopulation bei gleichzeitiger Befallsminderung mit dem Erreger des Kartoffelschorfes (Streptomyces scabies) feststellen (SCHINNER und SONNLEITNER 1996). Er vermutete bereits, dass die von antagonistischen Bodenorganismen gebildeten antibiotischen Substanzen hierbei eine entscheidende Rolle spielen. Wenige Jahre später prägte er die für den modernen biologischen Pflanzenschutz noch immer bedeu[Seite 24↓]tenden Fundamentalbegriffe 'Suppressive Effect' und 'Biological Control'. 1932 beobachtete WEINDLING durch den gezielten Einsatz von Trichoderma viridae eine effektive Mykoparasitierung des phytophagen Bodenpilzes Rhizoctonia solani. Seit diesen Anfängen der Nutzung mikrobieller Antagonisten wird mittlerweile weltweit intensiv auf dem Gebiet des mikrobiologischen Pflanzenschutzes geforscht, um die Zusammenhänge der vielfältigen Interaktionen in der Rhizosphäre zu erfassen und für die Praxis nutzen zu können.

Als Rhizosphäre bezeichnet man die gesamte Zone des Bodens, die unter dem Einfluss der Wurzeln steht, einschließlich der unmittelbaren Wurzeloberfläche (Rhizoplane). In diesem Kleinsthabitat findet sich eine wesentlich dichtere Mikroorganismenpopulation als im Nichtrhizosphärenbereich. Ein Gramm Rhizosphärenboden beinhaltet ca. 1010 bis 1012 Mikrorganismen. Die höchste Dichte wurde direkt auf der Wurzeloberfläche ermittelt. In bereits geringster Entfernung (< 1 mm) reduzierte sich die Organismenflora relativ zur Rhizoplane auf weniger als 1% (FOSTER 1986). NEWMANN und BOWEN (1974) konnten eine stärkere Besiedelung der Rhizoplane mit Bakterien im Vergleich zu Pilzen feststellen. TINKER und SANDERS (1975) ermittelten Besiedlungsdichten der Wurzeloberfläche von 4 bis 10% für Bakterien und 3% für Pilze. PHILIPP (1988) erwähnt eine, je nach Alter der Wurzel und damit verbundenen Exsudationsrate, maximale jedoch selten erreichte Besiedlungsrate von 15%, wobei auch hier wieder Bakterien dominieren.

Das Mikrohabitat Rhizosphäre wird wesentlich durch verschiedene Wurzelexsudate wie Kohlenhydrate, Aminosäuren, Phytohormone, Vitamine, Enzyme, Attrakantien und andere pflanzliche Stoffwechselprodukte geprägt. Die von den Pflanzen in die Rhizosphäre entlassenen Exsudate nehmen dort über verschiedene Mechanismen, wie z. B. Chemotaktismus oder auch inhibitorische Effekte (SCHROTH und HIDEBRAND 1964, SCHENK 1991), direkten Einfluss auf die Mikroorganismenzusammensetzung und –aktivität. Nach CURL und TRUELOVE (1986) haben Umweltfaktoren und Bodenbeschaffenheit einen entscheidenden Einfluss auf die Quantität und Qualität der Wurzelexsudate und damit indirekt auf die assoziative Mikroflora. So führen suboptimale Bedingungen, wie z. B. Staunässe, Verdichtungen oder andere abiotische und biotische Stressoren, u. a. zu einer gesteigerten Ausscheidung von Ethanol, was wiederum bestimmte Wurzelpathogene fördern kann.

Auch die Mikroorganismen untereinander agieren vielfältig in Form von Konkurrenz, Antibiose, Metabiose, Parabiose oder Parasitismus und geben eigene Stoffwechselprodukte in den Wurzelraum ab, die wiederum mit den Exsudaten der Pflanzenwurzeln reagieren und als so[Seite 25↓]genannte Rhizosphärenprodukte auf komplexe Weise in Prozesse des Pflanzenwachstums und der Pflanzengesundheit involviert sind.

Die aktuellen Forschungsaktivitäten mit mikrobiellen Antagonisten als potentielle Gegner von Wurzelkrankheitserregern konzentrieren sich v. a. auf Rhizosphärenbakterien aus der Gruppe der Pseudomonaden, Bacillus und Actinomyceten (Streptomyces spp.), sogenannte Plant-Growth-Promoting-Rhizobacteria, aber auch auf verschiedene Pilze, wie beispielsweise Trichoderma spp. Sporidesmium sclerotiorum, Mykorrhizapilze aus der Klasse der Zygomyceten v. a. der Gattungen Glomus, Gigaspora und Acaulospora und apathogene Stämme der entsprechenden pathogenen Erreger (z. B. Fusarium oxysporum und Rhizoctonia spp.). Effektive Wirkungsmechanismen und Regulative wie Raum- und Nahrungskonkurrenz, Antibiotikaproduktion, Phytohormonsynthese, Siderophorenbildung, Enzymaktivitäten und Resistenzinduktion bzw. Prämunisierung sind in zahlreichen Dokumentationen an verschiedenen landwirtschaftlichen und gärtnerischen Kulturen beschrieben und werden im Folgenden, bei der Vorstellung der in dieser Arbeit verwendeten PGPR, als repräsentative Quellen angeführt. Die eigenen Untersuchungen beschränkten sich zwar auf eine bestimmte Auswahl von Rhizo­sphä­renbakterien, jedoch sollen wegen der thematischen Komplexität, der zum Teil ähn­lichen Wirkungsmechanismen und der in natura oft anzutreffenden Koexistenzen an dieser Stelle auch andere wichtige antagonistische Mikroorganismen Berücksichtigung finden.

Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn

Seit einigen Jahren steht besonders das ubiquitär vorkommende Rhizosphärenbakterium Bacillus subtilis im Mittelpunkt weltweiter Forschungen im Themenkomplex mikrobieller Pflanzenschutz.

Bacillus subtilis gehört zur Gattung Bacillus, Familie Bacillaceae, Ordnung Eubacteriales, Klasse Schizomycetes (MÜLLER 1965). Erste Beschreibungen erfolgten 1835 von EHRENBERG und 1872 von COHN (SNEATH et al. 1986). Das sporenbildende Bakterium ist gram-positiv, stäbchenförmig (0,7-0,8µm x 2-3µm), aufgrund der peritrichen Begeißelung beweglich und aerob (COOK und BAKER 1983, SCHLEGEL 1992). Das Temperaturoptimum für dieses mesophile Bakterium liegt im Bereich 25-35° C; mögliche Wachstumsbedingungen werden zwischen 5 und 55° C angegeben (UTKHEDE 1986, SINCLAIR 1989). Die pH-Wert-Spanne liegt zwischen 4,5 und 8,6, der Optimalwert bei 6 bis 7,5 (THIEMANN 1964). ZIMMER et al. (1997) und KREBS et al. (1998) registrierten je nach Erreger unterschiedliche ph-Optima für eine effektive antagonistische Aktivität.


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Unter günstigen Umweltbedingungen erfolgt die zeitlich unbegrenzte Vermehrung durch Teilung als vegetative Zelle. Suboptimale Konditionen, wie z. B. mangelnde Nährstoff- und Vitaminversorgung (DOI 1989) oder die Kumulation von bestimmten Stoffwechselprodukten (SCHLEGEL 1992), können zur Bildung widerstandsfähiger Endosporen führen. Dieser Prozess wird nach MURAO et al. (1982) vor allem durch Serinprotease eingeleitet und dauert ca. 8 Stunden (DANCER und MANDELSTAM 1975). Diese Dauersporen sind u. a. wegen der Beschaffenheit ihrer Sporenhülle relativ unempfindlich gegen verschiedene exogene Einflüsse wie Extremtemperaturen, Trockenheit und selbst chemische Stoffe (BROADBENT et al. 1971, SINCLAIR 1989, SCHLEGEL 1992).

Der reversible Prozess der Aktivierung der Dauersporen erfolgt durch Brechung der Dormanz, induziert durch Applikation subletaler Temperaturen (60°C) oder auch reduzierende Agentien (FOSTER und JOHNSTONE 1989, SCHLEGEL 1992). Voraussetzung für die anschließende Keimung und das Einsetzen der entsprechenden physiologischen Prozesse (Enzymaktivität, Proteinsynthese etc.) ist eine ausreichende Wasseraufnahme (SCHLEGEL 1992, GOULD 1970). Der Anspruch an die Feuchtigkeit ist während der Keimung generell höher als beim vegetativen Wachstum.

Das Bakterium produziert eine Reihe von extrazellulären Metaboliten wie Antibiotika, Enzyme, Siderophore und Wuchsstoffe, die seine antagonistische Kompetenz wesentlich bestimmen. So bildet Bacillus subtilis in der endlogarithmischen und stationären Wachstumsphase verschiedene Peptidantibiotika (KATZ und DEMAIN 1977, LÜCK 1960, MC KEEN 1986, LEIFERT et al 1995). Es handelt sich hierbei um Di- und Polypeptide wie Bacilysin, Chlorotetain und Rhizoctin (HILTON 1988, LOEFFLER et al. 1986, 1990, KREBS et al. 1998) sowie die lipophilen Peptide Iturin, Fengymycin und Mycobacilin (LOEFFLER et al. 1990, HBID et al. 1996). KAJIMURA et al. (1995) gelang es, aus einem Bacillus subtilis-Isolat (FR-2), das sie aus der Rhizosphäre Fusarium oxysporum infizierter Knoblauchpflanzen erhielten, neue Antibiotika der Iturin-Gruppe, sogenannte Bacillopeptide, zu beschreiben. Die von Bacillus subtilis gebildeten Antibiotika wirken nachweislich antifungal und zwar über verschiedene Mechanismen, wie Schwellung der Zellorganellen und Plasmadenaturierung (LÜCK 1960, BACKHOUSE und STEWART 1989, FERREIRA 1991), Blockierung von wichtigen Stoffwechselvorgängen sowie Hemmung der Sporenbildung und des Hyphenwachstums (LOEFFLER 1990, FERREIRA et al.1991) bis hin zur Sporenlyse (DOUVILLE und BOLLAND 1993). In mykologischen Untersuchungen von LOEFFLER et al. (1990) zeigte sich, dass die dem Bacylisin ähnliche Verbindung Chlorotetain eine ausgeprägte Hem[Seite 27↓]mung auf Fusarium spp. hatte, während Bacylisin und die Lipopeptide generell bei verschiedenen Hefepilzen wirksamer waren. Mehrere Autoren beschreiben diese Wirkungsmechanismen allerdings als reversible Vorgänge, d. h. eine Abtötung der Sporen oder Hyphen durch Zellwandauflösungen konnte nicht beobachtet werden (SIEPMANN 1986, FERREIRA 1991). HUANG und CHANG (1975) berichten über bakteriostatische Effekte mit dem aus Bacillus subtilis isolierten Antibiotikum Xanthobacidin.

Nach Laboruntersuchungen von GUPTA und UTKHEDE (1986) bestehen Zusammenhänge zwischen Umweltfaktoren und Antibiotikaproduktion. Die ausgeprägteste Hemmwirkung gegen den Testpilz Phytophthora cactorum zeigte sich bei einer Temperatur von 21° C und einem pH-Bereich von 6,5 bis 8. Auch KREBS et al. (1998) registrierten in vitro Abhängigkeiten der antifungalen Aktivitäten verschiedener Bacillus subtilis – Stämme von der Temperatur und dem pH-Wert. So zeigte sich in vitro eine maximale Inhibiton des Mycelwachstums von F. oxysporum bei niedrigem pH-Wert von 5,7 und relativ niedriger Temperatur von 10° C, während die Hemmung von Rhizoctonia solani und Sclerotinia sclerotiorum bei einem pH-Wert von 8,3 und steigenden Temperaturen bis 25° C am größten war.

Auch enzymatische Aktivitäten, wie die Bildung von α-Amylase, Chitinasen (SCHLEGEL 1992) und neue hocheffektive Pektinasen (SORIANO et al. 2000) sind bei Bacillus subtilis nachgewiesen.

Desweiteren besitzt Bacillus subtilis die Fähigkeit, Phytohormone bzw. deren Präkusoren zu synthetisieren. So konnten in Kulturfiltraten Auxine und deren Vorstufen (FRANKENBERGER und ARSHAD 1991, ALEMAYEHU 1997, DOLEJ 1998), Gibberelline (BROADBENT et al. 1977), gibberellinähnliche Substanzen (KATZNELSON und COLE 1965), Cytokinine (STEINER 1990) und cytokininähnliche Verbindungen (ALEMAYEHU 1997) nachgewiesen werden.

Eine Reihe von Forschungsergebnissen deuten darauf hin, dass bestimmte Stoffwechselmetabolite von Bacillus subtilis auch als Induktoren für eine induzierte Toleranz bzw. Resistenz eine wesentliche Rolle in der komplexen Interaktion zwischen Kulturpflanze und Pathogen spielen (BOCHOW 1992, 1995, BOCHOW und DUGASSA DOBENA 1992, STEINER und SCHÖNBECK 1995, ZHANG et al. 1995, RAUPACH et al. 1996). BOCHOW et al. (2001) berichten über eine durch Bacillus subtilis induzierte Stresstoleranz gegenüber abiotischen Faktoren, die auch die Erschließung ungünstiger Standorte für einen rentablen Pflanzenbau ermöglichen kann. So konnten im ariden Wüstenklima des Sinai durch Wurzelbakterisierung [Seite 28↓]von Paprika- und Auberginensämlingen bei späterer Bewässerung der Kulturen mit salzhaltigem Grundwasser die Ertragsverluste durch den Salzstress signifikant vermindert werden.

Ein generell wachstumsfördernder Effekt einer Bacillus subtilis-Behandlung ist in der Regel auch auf eine Reduktion v. a. bodenbürtiger phytopathogener Erreger und damit auf eine Förderung der Pflanzenvitalität zurückzuführen (BOCHOW 1992, 1995, BOCHOW et al. 1995, SCHMIEDEKNECHT et al. 1997). Voraussetzung für diese Effekte ist allerdings eine praeinfektionelle Applikation, da Bacillus subtilis in der Rhizosphäre ein relativ schwacher Kompetitor ist (KATZ und DEMAIN 1977, BOCHOW 1989, GANTCHEVA 1992, BERGER 1996).

KILAN und RAUPACH (1999) stellten Ertragssteigerungen bei Tomaten, Kohlrabi und Möhren durch Behandlung mit dem Bacillus subtilis-Stamm FZB24 um ca. 10% gegenüber der unbehandelten Kontrolle fest. Bei Tomaten wurde zusätzlich eine Befallsminderung von Phythium aphanidermatum, bei Möhren von Alternaria porii verzeichnet. In Untersuchungen von GROSCH et al. (1999) mit verschiedenen Bacillus subtilis Stämmen jedoch gelang bei Tomaten in NFT-Kultur lediglich eine Verzögerung des Krankheitsverlaufes nach künstlicher Inokulation mit Pythium aphanidermatum. Ertragsausfälle konnten nur z. T. durch die Bakterisierung kompensiert werden. In der pathogenfreien Variante erreichten die Autoren hingegen eine Steigerung des Gesamtertrages von über 7%. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass ein unterschiedlich phytoeffektives Potential zwischen den verschiedenen Bakterienstämmen besteht. WANDKE und BOCHOW (1992) konnten bei Tomaten eine positive Stimulierung des Wurzelwachstums, Ertragsverbesserungen und deutliche phytoeffektive Auswirkungen gegen den Erreger der Wurzelfäule bei Tomate, Phytophthora nicotianae var. nicotianae, feststellen. Deutliche Befallsreduktionen mit den phytopathogenen Bodenpilzen Pythium und Phytophthora wiesen auch BERGER et al. (1996) an verschiedenen Kulturpflanzen nach.

Desweiteren berichten TURNER und BACHMANN (1991) über Ertragssteigerungen und erfolgreiche Unterdrückung der Wurzelkrankheit Rhizoctonia solani an Erdnüssen, FEY (1992, 1996) über deutliche Ernteverbesserung und eine Zunahme des Wurzelwachstums von über 60% bei Mais nach Saatgutbehandlung mit den Stämmen FZB24 und insbesondere FZB15. Wachstumsfördernde Effekte einer B. subtilis-Behandlung und eine Befallsreduzierung einer Vielzahl phytophager Erreger wurden auch in den Pathosystemen verschiedener landwirtschaflicher und gärtnerischer Kulturpflanzen, wie z. B. Bohne ↔Uoromyces appendiculatus (BAKER et al. 1985, MIZUBUTI et al. 1995), Erdbeere ↔Botrytis cinerea [Seite 29↓](HELBIG und BOCHOW 2001), Gurke ↔Phomopsis sclerotioides (AL RASHID 1988, BOCHOW 1991), Möhre ↔Alternaria radicina (HENTSCHEL 1990, BOCHOW 1992), Kartoffel ↔Rhizoctonia solani und Streptomyces scabies (SCHMIEDEKNECHT et al. 1998), Paprika ↔Phytophthora capsici (NEMEC 1996), Raps ↔Sclerotinia sclerotiorum (ZHANG et al. 1995), Reis ↔Rhizoctonia solani (ROSALES et al 1992), Tomate ↔Pyrenochaeta lycopersici (ABOU-SHAAR 1988, HENTSCHEL und BOCHOW 1990, BOCHOW 1992), Weizen ↔Erysiphe graminis (STENZEL et al. 1985, ZHANG et al. 1995) und Weizen ↔Gaeumannomyces graminis (KIM et al. 1997) beobachtet.

Positive Reaktionen Bacillus subtilis behandelter Pflanzen liegen auch im Zusammenhang mit phytopathogenen Bakterien, Viren und Entomophagen vor. So berichteten PHAE et al. (1992) über geringere Ausfälle von Tomatenpflanzen durch den bakteriellen Welkeerreger der Tomate, Pseudomonas solanaceum, HASSANEIN und EL GOORANI (1991) über Erfolge gegen Agrobacterium tumefaciens an Rhizinus, WEINHOLD und BOWMAN (1968) und SCHMIEDEKNECHT et al. (1997) über eine Steigerung der Grünmasse und signifikante Mehrerträge aufgrund einer Knollenbehandlung mit FZB24 und der damit erzielten Reduktion sowohl des Kartoffelschorfs (Streptomyces scabies) als auch des pilzlichen Kartoffelfäule-Erregers, Rhizoctonia solani.

Auch der erfolgreiche Einsatz von Bacillus subtilis gegen bodenbürtige Phytopathogene der Gattung Fusarium an verschiedenen Kulturpflanzen ist in vielen Veröffentlichungen dokumentiert. KREBS (1985), JACOB et al. (1988), FREIER et al. (1990) und OBIEGLO et al. (1990) konnten eine Hemmung von Fusarium oxysporum f. sp. dianthi, dem Erreger der parasitären Nelkenwelke, durch Wurzeltauchung in einer B. subtilis-Suspension feststellen. PODILE et al. (1985) beschreiben Bekämpfungserfolge gegen F. oxysporum an Tomaten und Baumwolle. ROSALES et al. (1986) erzielten nach Saatgutbakterisierung von Reis geringere Infektionsraten mit F. moniliforme. Als effektive Protektoren gegen F. oxysporum f. sp. vasinfectum an Baumwolle erwiesen sich die B. subtilis–Stämme GB03 und GB07 (BRANNEN und BACKMANN 1991). BOCHOW und DOGASSA GOBENA (1992), NEMEC et al. (1996) und DOLEY (1998) konnten Tomaten mit B. subtilis gegen den Erreger der Stängel- und Wurzelfäule (Fusarium oxysporum f. sp. radicis lycopersici) wirkungsvoll schützen. Eine Saatgutbakterisierung mit dem Stamm AF1 erbrachte bei Kichererbsen eine signifikant geförderte Pflanzenentwicklung, Ertragssteigerung und eine Befallsminderung mit Fusarium oxysporum f. sp. ciceris (DILEEP-KUMAR 1999). HWANG (1994) fand nach in vitro Tests mehrere Bacillus subtilis-Isolate, die ausgeprägte antagonistische Wirkungen ge[Seite 30↓]gen die Wurzelfäule bei Linsen (Lens culinaris), hervorgerufen durch Fusarium avenaceum, zeigten. In Verbindung mit dem Fungizid Vitaflo(R)-280 steigerte sich diese Hemmwirkung. GOSSMANN (2000b) wies eine reduzierte Fusarium spp.-Besiedlung der Wurzeln und wachstumsfördernde Effekte bei der perennierenden Kultur Miscanthus x giganteus Greef et Deu. durch eine Rhizombehandlung mit verschiedenen Bacillus subtilis-Stämmen (FZB24, FZB37, FZB42) nach.

Vereinzelt wird auch von negativen Auswirkungen einer Bacillus subtilis Anwendung, wie Wachstumsdepressionen (SUSLOW und SCHROTH 1982, UTKHEDE et al. 1992) und Samenfäule (SCORTICHINI 1989), berichtet.

Antiphytovirale Wirkungen stellte KEGLER (1993) u.a. gegen das Tabakmosaikvirus (TMV), das Gurkenmosaikvirus (CM) und das nekrotische Ringfleckenvirus der Kirsche (PNRV) fest. Gegen tierische Schaderreger wurde Bacillus subtilis erfolgreich gegen wichtige Reisschädlinge (SRIVASTAVA et al. 1990) und Wurzelgallenälchen (Meliodgyne spp.) in verschiedenen Kulturen eingesetzt (SIKORA 1988, AHMED SEID 1999).

Untersuchungen über einen Einsatz bei Spargel liegen bisher kaum vor. WEBER und KNAFLEWSKI (1998) erzielten mit verschiedenen Applikationsverfahren von BS-FZB24 (Saatgutbeizung, Rhizomtauchung, Gießbehandlung) nur zum Teil verminderte Befallsgrade mit Fusarium oxysporum. Die Ergebnisse ihrer beiden Versuchsjahre differieren auch sehr stark. Generell erbrachte eine Saatgutbehandlung die besten Resultate, während eine kombinierte Behandlung (Rhizomtauchung und zusätzliche Gießbehandlung) nur im ersten Versuchsjahr eine Fusariuminfektion signifikant reduzierte.

Bacillus pumilus (Meyer und Gottheil)

Bacillus pumilus ist ein grampositives, endophytisches Bakterium aus der Ordnung Eubacteriales, Familie Bacillaceae. Es ist aktiv beweglich, stäbchenförmig (2,25 x 0,52 µm), fakultativ anaerob bzw. aerob, mit einem Temperaturoptimum zwischen 30 und 40 ° C und einem weiten pH-Toleranzbereich von 3 bis 9,5 (BARAKAT et al. 1985, ROSALES et al. 1993).

Bacillus pumilus besitzt als starker Kompetitor eine ausgeprägte Rhizosphärenkompetenz (BENNET und LYNCH 1981, JUHNKE et al. 1987, MAPLESTONE und CAMPBELL 1989, BENHAMOU et al. 1998) und erfüllt damit eine wesentliche Voraussetzung für einen effektiven Antagonismus gegen bodenbürtige phytopathogene Pilze. REISS et al. (1987) wiesen [Seite 31↓]nach, dass Bacillus pumilus (Stamm 29 B 15) auch die Fähigkeit besitzt, in Flüssigkulturen Stoffe zu produzieren, die in verschiedenen Pathosystemen Resistenz induzieren können. Ebenfalls WEI et al. (1995) beschreiben dieses Rhizosphärenbakterium als aktiven Resistenzinduktor und registrierten nach Saatgutbehandlung einen signifikanten Effekt gegenüber dem Gurkenpathogen Colletotrichum orbiculare bei gleichzeitig gefördertem vegetativen und generativen Wachstum.

In umfangreichen Untersuchungen an Weizen konnten MAPLESTONE und CAMPBELL (1989) eine rasche und intensive Besiedlung der Wurzeln mit einer Dichte zwischen 106 bis 108 cfu g-1/Wurzeltrockengewicht ermitteln. Aufgrund seiner aktiven Mobilität im rhizoplanen Wasserfilm wurde auch der Wurzelneuzuwachs sukzessive bakterisiert. Eine positive Stimulierung des Bakterienwachstums erfolgte durch Infektion mit dem Wurzelfäuleerreger Gaeumannomyces gramminis (sacc.) Arx et Olivier var. tritici.Desweiteren wurden in diesen Untersuchungen bereits frühere Erkenntnisse (CAMPBELL und CLOR 1985) über einen Einfluss verschiedener edaphischer Faktoren, wie Wasserpotential und Tongehalt des Bodens, auf die Kolonisierungsrate und die Interaktion zwischen Bakterium und Pathogen bestätigt.

MORGAN (1963) berichtet über gute Erfolge von Bacillus pumilus gegen verschiedene Rostpilze an Weizen und Hafer. Das Bakterium war in vitro in der Lage, die Keimschläuche der Uredosporen durch Lyse zu zerstören. Diese effektive Pathogenreduzierung vermutete er bereits in einer von dem Antagonisten gebildeten toxischen Sustanz begründet. Spätere Untersuchungen im Pathosystem Sojabohne ↔Diaporthe phaseolorum var. caulivora Athow et Caldwell (imperfekte Form = Phomopsis phaseoli), dem Erreger der Stielfäule, bestätigen diese These, da auch in Abwesenheit des Antagonisten eine Hemmung der Pathogenese festgestellt wurde (HILTY 1992). Der Autor konnte in vitro nach Inkorporation des Agars mit einem Kulturfiltrat von Bacillus pumilus ein stark gehemmtes Mycelwachstum, eine verminderte Sporenkeimung und ein reduziertes Keimschlauchwachstum bis hin zur Sporenlyse nachweisen. Diese Effekte waren auch nach Autoklavierung vorhanden, was auf eine Hitzestabilität dieser Metabolite hinweist. Auch in vivo Tests mit inokulierten Blättern zeigten signifikant reduzierte Symptomausprägungen im Vergleich zur nicht bakterisierten Kontrolle.

Nach LEIFERT et al. (1995) und MUNIMBAZI und BULLERMANN (1998) spielt die Fähigkeit, antibiotische Verbindungen zu metabolisieren die entscheidende Rolle bei der antagonistischen Bewertung von Bacillus pumilus. So hemmten die extrazellulären antifungalen Substanzen dieses PGPR auch bei extremen pH-Werten (2-9) in vitro das Mycelwachstum und die Keimung von Fusarium culmorum, F. oxysporum, F. moniliforme, F. poae, [Seite 32↓] F. proliferatum, F. sporotrichoides, F. semitectum und F. subglutinans und verschiedene Aspergillus- und Penicillium-Spezies (MUNIMBAZI und BULLERMANN 1998). Eine exakte Identifizierung dieser relativ stabilen Metabolite ist den Autoren allerdings nur annähernd gelungen. Eine Saatgutbehandlung mit Bacillus pumilus förderte die Samenkeimung, Hypocotyl- und Radiculawachstum und zeigte in vitro antagonistische Effekte gegen verschiedene Reispathogene (RASALES et al. 1992). Inhibitorische Eigenschaften konnten allerdings nicht gegen alle eingesetzten Pathogene beobachtet werden. Diese Pathogenspezifität beschränkte sich auf die Bodenpilze Rhizoctonia solani (Kühn), Sclerotium oryzae und Gaeumannomyces graminis. Keine Hemmwirkung auf das Mycelwachstum war hingegen bei Fusarium moniliforme und Sarocladium oryzae zu verzeichnen. HUANG et al. (1992) erzielten nach Behandlung geernteter Citrusfrüchte mit dem Bacillus pumilus-Stamm B-PRCA-1 fungiziden Wirkstoffen vergleichbar gute (Imazalil) oder sogar bessere (Benomyl) Resultate gegen den Lagerfäuleerreger Penicillium digitatum. Ähnliche Erfahrungen machten SWALDING und JEFFRIES (1995), die gegen Grauschimmel an Erdbeeren (Botrytis cinerea Pers.) mit B. pumilus-Applikationeneine effektivere Bekämpfung erreichten als mit dem synthetischen botrytiziden Wirkstoff Dichlofluanid. FERNANDO und LINDERMANN (1995) führen die inhibitorischen Effekte gegenüber dem Pathogen Phytophthora vignae (Purss.) an Erbsen auf von Bacillus pumilus (Stamm DF 1481) gebildete flüchtige Hemmstoffe wie insbesondere Ammonium, aber auch auf Synthese antibiotischer Verbindungen zurück. Verschiedene organische Zusatzstoffe (Sojabrühe) förderten B. pumilus, was sich auf der Agarplatte in einer signifikanten Inhibition des Mycelwachstums des Pathogens äußerte. Selbst nach Entfernung des Antagonisten hemmten die vom Agar absorbierten Substanzen das Mycelwachstum weiter.

Im Einsatz gegen Fusarium spp. berichten HALLMANN et al. (1998) über eine erfolgreiche Unterdrückung von Fusarium oxysporum f. sp. pisi durch Praeinokulation mit dem Bacillus pumilus-Stamm SE 34. BENHAMOU et al. (1998) untersuchten die phytosanitären Effekte und Wirkungsmechanismen des Bacillus pumilus-Stammes SE 34 im Zusammentreffen mit dem Erreger der Tomatenwurzelfäule, Fusarium oxysporum f. sp. radicis lycopersici. Histologische Analysen erbrachten den Nachweis, dass eine präinfektionelle Bakterisierung der Tomatenkeimlinge eine Fusariuminfektion zwar nicht verhindern, jedoch im Wesentlichen auf die Epidermis und die äußeren Zellverbände des Cortex beschränken konnte. Diese ausgeprägte Infektionsreduktion ist insbesondere auf eine induzierte strukturelle Resistenz zurückzuführen, die sich v. a. in einer vermehrten Kalloseablagerung an den Zellwänden, und Formation einer undurchlässigen Matrix in die Interzellularkompartimente, die dort als Barriere [Seite 33↓]gegen Pathogenangriffe fungiert, äußert. Zudem wiesen die Zellwände bakterisierter Pflanzen eine höhere Elektronendichte auf, was eine Infiltration verschiedener Stoffe wie z. B. Phenole ermöglicht, die durch Polymerisation dann fungitoxisch wirken können (SOUTHERTON und DEVERALL 1990). Verstopfungen der Interzellularräume mit einer amorphen, osmiophilen Substanz führten bei Kontakt mit dem Erreger hier zu einer Degeneration des Cytoplasmas, vertärkte Vakuolisierung und Einstülpungen der Plasmalemma in den Hyphenzellen des Pathogens. Durch Anreicherung des Substrates mit Chitosan (Sigma Chemical Co., St. Louis; USA) konnte ein synergistischer Effekt der Bacillus pumilus-Behandlung auf die genannten Abwehrmechanismen beobachtet werden, die wiederum nur in Interaktion mit dem Pathogen induziert wurden.

MISAGHI und DONNDELINGER (1990) isolierten neben anderen an Baumwolle nativ vorkommenden endophytischen Bakterien auch Bacillus pumilus überwiegend von der Wurzel aber auch aus Stielen und Meso- und Endokarp der Samenkapseln.Einen fördernden Einfluss auf das Wachstum gesunder, symptomloser Pflanzen konnte nach Saatgutbehandlung (108 cfu/ml)allerdings nicht beobachtet werden, was wiederum einen Zusammenhang zwischen Pathogenpräsenz, bzw. auch anderer Stressoren, und der Aktivierung potentieller Nutzeffekte des Bakteriums impliziert. CHEN et al. (1995) untersuchten eine dem endophytischen B. pumilus adäquate Applikationsmethode indem sie das Bakterium mit einer Nadel in die Stängel von Baumwollsämlingen einbrachten und somit Schäden durch Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum signifikant reduzierten. PROBANZA et al. (1997) berichten über eine signifikante Förderung des Wurzelwachstums bei der Erle (Alnus glutinosa L. Gaertn) durch Behandlung mit Bacillus pumilus.

Aber auch phytopathogene Eigenschaften von Bacillus pumilus, z. B. bei Knoblauch (Sorte 'Balady'), mit starken Fäuleerscheinungen der Knollen und Gewichtsreduktionen von ca. 60% sowie bei Möhre, Zwiebel, Kartoffel, Gurke, Kürbis, Aubergine und Pfeffer, mit jedoch nur leichten Symptomausprägungen, sind dokumentiert (BARAKAT et al. 1985, KARARAH et al. 1985 ). KARARAH et al. (1985) konnten in pathophysiologischen Untersuchungen einen Zusammenhang zwischen verschiedenen enzymatischen Aktivitäten von Bacillus pumilus (Polygalacturonase, Zellulase, Polyphenoloxidase) und den verursachten Fäuleerscheinungen nachweisen. Über Bacillus pumilus-Applikationen bei Spargel liegen bis jetzt keine Veröffent­lichungen vor.


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Streptomyces spp.

Die Streptomyceten sind gram-positive Eubakterien der Gattung Streptomyces, Familie der Streptomycetaceae und werden den Actinomycetales zugeordnet (SCHLEGEL 1992). Sie leben überwiegend aerob, besitzen rechtwinkelig verzweigte, coenocytische 'Hyphen' mit einem Durchmesser von 0,5 bis 2 µm. Die Sporen werden meist kettenartig, 3- und mehrgliedrig, im vielfältig pigmentierten Luftmycel gebildet (MÜLLER 1965, MÜLLER 1992, HOFFMANN et al. 1994). Die nahezu 500 Spezies der umfangreichen Gattung leben meist als Saprohyten im humusreichen Boden, Streptomyces scabies, der Erreger des Kartoffelschorfes, auch als phytophager Parasit. Die Pigmentierung des Luft- und Substratmycels dient auch als taxonomisches Gruppierungsmerkmal (EL-ABYAD et al. 1996).

Die Streptomyceten heben sich von anderen Mikroorganismen durch eine ausgeprägte und mannigfaltige Antibiotikaproduktion ab. Mittlerweile sind, neben dem aus der Humanmedizin bekannten Streptomycin und Aureomycocin,zahlreiche weitere Antibiotika charakterisiert worden (SCHLEGEL 1993). So werden auch eine ganze Reihe gegen verschiedene Phytopathogene wirkende Antibiotika beschrieben, wie z. B. Tetracycline (MOSTAFA et al. 1968), Aerofuscin (ZHOU 1982), Blasticidin S, Kasugamycin, Polyoxine und Nikkomycin (FRANZ und KRIEG 1982), Galbonolides (ACHENBACK et al. 1988), Tautomycetin (CHENG et al. 1989) Faerifungin(SMITH et al. 1990), Albocyclin und 2,3 Dihydroalbocyclin (TADDEI FONZI 1996). JAMES und EDWARDS (1989) registrierten eine positive Korrelation zwischen Temperatur und der Bildung des Antibiotikas Granaticin. EL-ABYAD et al. (1996) stellten eine maximale antimikrobielle Aktivität von Streptomyces corchorusii und S. spiroverticillatus bei einen pH-Wert von ca. 7-7,5 fest. Sowohl Tendenzen in den sauren als auch alkalischen Bereich hemmten die Produktion von Antibiotika erheblich.

Als weitere antagonistische Wirkungsmechanismen der Streptomyceten sind enzymatische Aktivitäten, wie Chitinase und Chitobiase, Cellulase und α-Amylase zu nennen (BEYER und DIECKMANN 1985, SCHLEGEL 1992, GUPTA et al. 1995, YUAN und CRAWFORD 1995, CHAMBERLAIN 1999). Streptomyceten sind ebenso gute Kompetitoren, besiedeln in hoher Dichte v. a. die Haarwurzelzone der Pflanzen und können als Sporen oder Mycel in der Rhizosphäre überdauern (KORTEMAA 1997). NEMEC (1996) ermittelte an Pfeffer, Tomate und Citrus Besiedlungraten von Streptomyces griseovirdis und anderen PGPR zwischen 76 und 100 %.


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Bereits seit ca. 50 Jahren liegen in vitro-Untersuchungen mit verschiedenen Streptomyces spp. vor, deren Metabolite sich hemmend gegen bodenbürtige Phytopathogene, wie z. B. Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (Sacc.), erwiesen (STESSEL et al. 1953, PRIDHAM et al. 1956) Auch BROADBENT et al. (1971) bestätigen die antagonistischen Effekte nicht nur gegen diesen Wurzelfäuleerreger sondern auch gegen Rhizoctonia solani und Phytophthora spp.. KOLLMORGEN (1974) konnte in Gefäßversuchen durch Substratbehandlung mit Streptomyces griseus (Stamm 2A24) eine protektive Wirkung von Weizensämlingen gegen Fusarium avenaceum (Fr.) Sacc. erreichen. MERRIMANN et al. (1974) stellten nach Saatgutbehandlung bei Möhren einen positiven Einfluss dieses Streptomyces-Stammes auf die Kalibrierung der geernteten Möhren fest. TURHAN (1981) erzielte in vitro eine starke Hemmung des Mycelwachstums 19 bedeutender Wurzelkrankheitserreger, isoliert von verschiedenen Kulturpflanzen in der Türkei durch Inokulation der PDA-Platten mit einem Streptomyces ochraceisleroticus - Isolat (C/2-9). Auch bei den geprüften Fusarium spp., wie F. solani (Pfeffer), F. oxysporum f. sp. lycopersici (Tomate), F. oxysporum f. sp. melonis (Melone), F. oxysporum f. sp. niveum (Wassermelone) und F. oxysporum f. sp. cucumerinum (Gurke) konnte eine z. T. vollständige Inhibition des Pathogenwachstums festgestellt werden. In späteren Gefäßversuchen unter Freilandbedingungen konnten die stark ausgeprägten antagonistischen Fähigkeiten dieses Isolates, auch als Substratinokulum gegen Pythium ultimum und Rhizoctonia solani mit Krankheitsreduktionen bis fast 80% in Relation zur Kontrolle, bestätigt werden (TURHAN und TURHAN 1989). S. ochraceisleroticus war zudem wesentlich effektiver als Trichoderma harzianum. BOCHOW und FRITSCHE (1990) erzielten in vitro eine Hemmwirkung gegen Phythophthora infestans bei der Kartoffel durch Einsatz von Streptomyces graminofaciens N6 und registrierten zudem eine geförderte Phytoalexinsynthese, was auf eine Resistenzinduktion als zusätzlichen möglichen Wirkungsfaktor schließen läßt. SCHOTTEL (2001) registrierte in Gefäßversuchen im Gewächshaus einen geringeren Befall von Kartoffeln mit Kartoffelschorf (Streptomyces scabies) nach Substratbehandlung mit aus Kartoffelschorf-suppressiven Böden isolierten antagonistischen Streptomyces und ihrer Mutanten.

HILTUNEN et al. (1995) berichten über eine Reduktion der Knollenfäule (Fusarium oxysporum f. sp. narcissi) bei Narzissen durch Tauchung der Knollen und anschließende Sprühapplikationen auf die Bodenoberfläche mit Streptomyces griseus (Mycostop). EL ABYAD et al. (1996) isolierten aus fruchtbaren Böden Ägyptens u. a. Streptomycescorchousii und Streptomyces spiroverticillatus, die gegen Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli, dem Erreger der Bohnenwelke, wirksam waren. Die dann durch UV-Bestrahlung gewonnenen [Seite 36↓]Mutanten zeigten sogar noch ausgeprägtere Hemmeffekte. Im Freiland konnten durch Bodenapplikationen mit Streptomyces griseovirdis eine Befallsreduktion mit Fusarium oxysporum an Tomaten und Phytophthora an Citrus erzielt werden. In Gefäßversuchen im Gewächshaus gelangen mit diesem Antagonisten Bekämpfungserfolge gegen die bodenbürtigen Schadpilze Thielaviopsis an Citrus und Fusarium oxysporum und Pythium an Stangensellerie. Eine generelle Förderung des oberirdischen Wachstums konnte, außer tendenziell bei Tomaten, allerdings nicht beobachtet werden. CHAMBERLAIN und CRAWFORD (1999) berichten über eine in vitro Hemmung mehrerer Wurzelpathogene bei Gras, wie Pythium ultimum, Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani, Sclerotinia homeocarpa, Gaeumannomyces graminis und Microdochium nivale durch die Streptomyces hygroscopicus-Stämme YCED 9 und WYE 53 auf der Agarplatte.

Bei Spargel liegen nur wenige Untersuchungen über das antagonistische Potential von Streptomyces spp. vor. So stellten SMITH et al. (1990) in vitro starke inhibitorische Effekte des von einem Streptomyces griseus var. autotrophicus-Stammes gebildeten Antibiotikums (Faeriefungin) auf das Mycelwachstum von Fusarium oxysporum f. sp. asparagi fest. Allerdings konnte durch verschiedene Applikationsverfahren des Antagonisten (Agarinokulation, Wurzeltauchung) im Labor (Magenta Box) eine Krankheitsunterdrückung, basierend auf den Parametern Wurzellänge, Wurzeltrockengewicht und Gesamtpflanzentrockengewicht, nicht nachgewiesen werden. Im Gegenteil erwiesen sich die Streptomycesapplikationen sogar negativ auf das Wachstum der Spargelsämlinge im Agar. In ebenfalls durchgeführten Gewächshausversuchen mit F. oxysporum-inokuliertem Substrat hingegen wurde durch Zuführung des Antagonisten als Gießapplikation und insbesondere als Wurzeltauchung der Spargelsämlinge eine z. T. signifikante Erhöhung des Wurzelwachstums in Relation zur nicht bakterisierten Kontrolle erzielt. ELSON (1994) isolierte aus Spargelböden einen Streptomyces spp. (Isolat ME 227-19-A), der in vitro das Wachstum von F. oxysporum und F. moniliforme hemmte. Eine Substratanreicherung mit den aus ME 227-19-A gewonnenen antifungalen Extrakten reduzierte zwar die Pathogene, aber auch das oberirdische Triebwachstum gemessen an der Triebanzahl und Trieblänge.

Pseudomonas spp.

Pseudomonaden sind gram-negative, chemoorganotrophe, aerobe Stäbchenbakterien. Aufgrund ihrer polarmonotrichen oder polytrichen Begeißelung sind sie aktiv beweglich. Vor allem die antagonistischen Vertreter sind zur Bildung wasserlöslicher gelb-grünfluoreszierender Pigmente (Siderophore) befähigt (HOFFMANN et al. 1994). Einige Arten sind auch pflan[Seite 37↓]zenpathogen mit unterschiedlicher Wirtsspezifität und werden zu einer Art, Pseudomonas syringae, zusammengefaßt (SCHLEGEL 1992).

Die antagonistische Kompetenz fluoreszierender Pseudomonaden (P. fluorescens, P. putida) basiert insbesondere auf ihren stark ausgeprägten kompetitiven Fähigkeiten mit z. T. aggressiver Kolonisation der Wurzeloberflächen (KLOEPPER und SCHROTH 1981b, SCHIPPERS 1987a, PHILIPP 1988, ELSHERIF und GROSSMANN 1990). Ein weiterer wesentlicher Effekt der Pathogenunterdrückung stellt die Bildung von Siderophoren dar (KLOEPPER et al. 1981b, SCHER und BAKER 1982, SCHIPPERS et al. 1987a, LOPER 1987). Hierbei handelt es sich um niedermolekulare Peptide mit seltenen Aminosäuren und daher hoher Proteasenstabilität oder auch um Lipide mit chromogenen, eisenchelierenden Molekülgruppen (PHILIPP 1988, SCHLEGEL 1992). Diese Stoffe binden Eisen (Fe-3+) koordinativ mit hoher Spezifität und Affinität und entziehen so den pathogenen Mikroorganismen diese lebenswichtigen Ionen.

Einige der von Pseudomonas spp.vor allem bei Eisenmangel ausgeschiedenen fluoreszierenden Pigmente (Pyoverdine) fungieren als Siderophore und wirken so regulierend auf die pathogene Rhizosphärenflora. Zwar können auch die Schadpilze ähnliche Verbindungen aus der Gruppe der Hydroxamat-Siderophoren bilden, sog. Ferrichrome, die aber eine wesentlich geringere Bindungsaffinität zum Eisenion besitzen und zudem weniger stabil sind (DUPLER et al. 1984, LEONG 1986, PHILIPP 1988). SNEH et al. (1984) ermittelten in vitro eine direkte positive Korrelation (r=0,99) zwischen der Siderophorenproduktion verschiedener Pseudomonas putida - Stämme und der Chlamydosporenreduktion von Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum. Die durch Siderophore induzierten inhibitorischen Effekte erfolgten allerdings, wie bereits bei MISAGHI et al. (1982) festgestellt, nur unter defizitären Eisen-Bedingungen.

Als zusätzliche antagonistische Eigenschaften sind Resistenzinduktion (ALSTRÖM 1991, DUIJFF et al.1991, HOFFLAND 1995, LIU et al. 1995), Bildung von antibiotischen Substanzen (SLININGER et al 1996) und auch enzymatische Aktivitäten (SUNDHEIM 1991, FRIEDLENDER et al. 1993, BOROWICZ und BRISHAMMER 1998) bekannt.

Suppressive Effekte gegen bodenbürtige Wurzelfäuleerreger durch Inokulation mit antagonistischen Pseudomonaden (Saatgut- bzw. Substratbakterisierung), z.T. verbunden mit Wachstumsförderungen, sind in der Literatur vielfältig belegt. So wird u. a. von positiven Resultaten gegen verschiedene Fusarium spp. an zahlreichen gärtnerischen Kulturen, wie z. B. [Seite 38↓]F. moniliforme an Mais (HEBBAR 1992), F. solani f.sp. pisi an Erbse (CASTEJON-MUNOZ und OYARZUN 1995) und entsprechende formae specialis von F. oxysporum an Nelke (YUEN et al. 1985, DUIJFF et al. 1991), Gurke (PARK et al. 1988), Baumwolle (CHEN et al. 1995), Rettich (HOFFLAND 1995) und Tomate (LEMANCEAU und ALABOUVETTE 1991). Bei Spargelsämlingen konnte durch einen aus Rhizosphärenboden einer Spargelanlage isolierten P. putida – Stamm (RSA 9) unter Gewächshausbedingungen das Wurzelwachstum bis zu 30% gesteigert werden (WAKABAYASHI et al. 1993). Ebenso zeigte sich eine ausgeprägte antagonistische Wirkung gegen Fusarium moniliforme. Die Autoren führen die positiven Effekte auf die Fähigkeit des Bakteriums, organische Säuren, wie z. B. Bernstein- und Milchsäure abzusondern, zurück.

Mykorrhiza

Mykorrhizapilze, insbesondere arbuskuläre Mykorrhiza (AM) der Gattung Glomus, üben als nützliche Cohabitanten der Wurzel einen nachgewiesenen günstigen Einfluss auf die Entwicklung vieler Kulturpflanzen aus (ROBSON et al. 1994, FELDMANN, 1998). Bei vielen unserer Kulturpflanzen ist die AM vom Wirt her eher fakultativ assoziiert, d.h. eine Symbiose ist für die Pflanze nicht unbedingt erforderlich und wird z. B. erst unter ungünstigen Bedingungen „aktiviert“ bzw. in Anspruch genommen (FELDMANNN 1998). Die Intention eines gezielten AM-Einsatzes besteht also darin, diesen fakultativ mykotrophen Wirten geeignete AM-Pilze für den Bedarfsfall zur Verfügung zu stellen. POWELL und BAGYARI (1983) sind sogar der Auffassung, dass ein optimales Wachstum bei Spargel nur in Symbiose mit AM-Pilzen erfolgen kann. WACKER et al. (1990 c) isolierten aus natürlichem Rhizosphärenboden von Spargelfeldern unterschiedlichen Alters im US-Staat Michigan acht verschiedene Mykorrhizarten v. a. der Gattung Glomus und Gigaspora.

Eine Wachstumsförderung ist primär auf eine für die Pflanze effektivere Erschließung von Phosphat und weiteren mineralischen Nährstoffen und durch Stimulierung des Phytohormonhaushaltes durch den Pilz zurückzuführen. Die Hemmung von Wurzelpathogenen basiert nach PHILIPP (1988) auf einer ausgeprägten Raum- und Nahrungskonkurrenz des dichten Hyphennetzes mit entsprechend hoher Verwertung der Wurzelexsudate. Auch werden durch die Symbiose Abwehrmechanismen der Pflanze aktiviert, wie z. B. eine verstärkte Lignifizierung des Endoderms und Xylems, Kalloseanreicherung in den Interzellularen, Chitinasebildung, und es ist ein durch das geförderte Wurzelwachstum (Phosphormobilisierung) erhöhtes Regenerationsvermögen festzustellen. RAMAN und GNANAGURU (2000) registrierten bei mit Glomus fasciculatum mykorrhizierten Tomatenpflanzen höhere Cytokinin- und Phenolge[Seite 39↓]halte und eine gesteigerte Aktivität von Abwehrenzymen wie Katalase, Phenoloxidase, Peroxidase und Phenylalanin-Ammonium-Lyase. Zudem wird die antagonistische Kompetenz von VA auf Resistenzinduktion (HOFFMANN et al. 1994) und Siderophorenbildung (HASSELWANDTER und WINKELMANN 1998) zurückgeführt.

Im Spargelanbau sind zahlreiche Forschungsaktivitäten über den gezielten Einsatz von AM verbunden mit einer positiven Wachstumsstimulierung und Vitalitätssteigerung dokumentiert (CHANG 1984, POWELL und BAGYARAJ 1983, POWELL et al. 1985, MIZONOBE 1995, MATSUBARA und HARADA 1996, GOTTWALD et al. 1997).

WACKER et al. (1990 a) konnten in Gewächshausversuchen mit getopften Spargeljungpflanzen in Glomus fasciculatum inokuliertem Substrat eine Steigerung der Frisch- und Trockengewichte und eine Befallsreduzierung mit F. oxysporum f.sp. asparagi nachweisen. Dieser suppressive Effekt konnte auch in Feldversuchen bestätigt werden. (WACKER et al. 1990 b). Nach Untersuchungen von GOTTWALD et al. (1997) bewirkte eine AM-Applikation bei Gefäßkultur mit natürlichem Boden eine signifikante Erhöhung der Triebanzahl und der Gesamttrieblänge junger Spargelsämlinge in Relation zur Kontrolle ohne AM. Eine Kultur der Sämlinge in Torfsubstrat brachte bezüglich der genannten Wachstumsparameter die besten Resultate, zeigte jedoch keine eindeutigen Unterschiede zur nicht inokulierten Kontrolle, was wiederum auf einen prädestinierten Einsatz von AM auf suboptimalen Standorten schließen läßt. ARRIOLA et al. (2000) beobachteten bei Spargelsämlingen signifikant reduzierte Befallsgrade mit F. oxysporum bei Kultivierung in einem kommerziellen Mykorrhizasubstrat (Premier Tech. Ltd., Montreal, Kanada), das den AM-Pilz Glomus intraradices enthält. Bei Erhöhung der Erregerdichte auf 1 g/l-1 waren die pathogenhemmenden Effekte z. T. jedoch nur noch tendenziell nachzuweisen.

Trichoderma

Trichoderma spp. sind als Kosmopoliten weltweit im Boden anzutreffen und zeichnen sich durch eine große Vielfältigkeit, Robustheit und Anpassungsfähigkeit aus. Diese Pilze wirken nicht nur über räumliche und trophische Konkurrenz reduzierend auf Phytopathogene sondern sind auch in der Lage, Antibiotika zu bilden und eine ganze Reihe von Enzymen, darunter Chitinasen, ß-Glucanasen sowie Cellulasen, zu aktivieren (MÜLLER 1992, SCHLEGEL 1992, SCHOLZE und KERNS 1998). Hyphen, Dauersporen oder Sklerotien pilzlicher Schaderreger können so effektiv durch Lyse zerstört werden. Auf diese Weise werden auch sonst sehr widerstandsfähige dormante Erregerstadien bekämpft und ein schädlicher Populations[Seite 40↓]aufbau begrenzt (Fungistasis). D`AMBRA und MUTTER (1986) konnten nachweisen, dass T. harzianum mit Hilfe seines „Enzymbestecks“ dem Erreger der Rübenkrankheit (Rhizomania) sogar durch die Zellwände in das Pflanzeninnere gefolgt ist und dort dessen dickwandige Sporenbehälter (Cystosori) lytisch zersetzte.

Wachstumsfördernde und inhibitorische Effekte von Trichoderma-Applikationen gegen bodenbürtige Pathogene sind aus verschiedenen gartenbaulichen Kulturen hinlänglich bekannt (ELAD et al. 1980, REYES und DIRKS 1985, LALITHAKUMARI et al. 1996, SHAIDA et al. 1996). Erfolgreiche in vitro- und Gefäßversuche im Gewächshaus weisen Trichoderma viride (CAUSIN et al. 1993, SCODELLARAO 1996) und T. harzianum Rifai (ARRIOLA et al. 2000) auch als kompetente Antagonisten gegen Fusarium oxysporum f.sp. asparagi und F. moniliforme bei Spargel aus.

Apathogene Fusarium spp.

Die antagonistischen Wirkungsmechanismen apathogener Stämme der entsprechenden pathogenen Erreger basieren im Wesentlichen auf trophischer und räumlicher Konkurrenz, da sie optimal an die Infektionsnischen angepaßt sind und oft um die gleichen Faktoren konkurrieren wie ihre pathogenen Verwandten (KUC et al. 1984, PAULITZ et al. 1987, PHILIPP 1988, TU et al. 1990, BLOK et al. 1997b). Sie sind bedeutende Mikroorganismen einer sogenannten induzierten oder spezifischen Suppressivität, die sich meist nur in Gegenwart der adäquaten Schaderreger aufbaut und v. a. nach vielen Jahren der Monokultur als 'decline effect' auftritt (PHILIPP 1988).

MANDEEL und BAKER (1991) konnten in Modellversuchen mit Kürbiskeimlingen durch Applikation des apathogenen Fusarium oxysporum-Stammes C14 bereits nach 4 Tagen eine Reduktion der Erregerdichte von Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum an den Wurzeln und signifikant verminderte Keimungsraten der Chlamydosporen in der Rhizosphäre und der Mikrokonidien im Wurzelgewebe nachweisen. Die verringerte Chlamydosporenkeimung führen die Autoren insbesondere auf eine Konkurrenz um Kohlenstoff zurück. Der verwendete Fusarium oxyporum-Stamm C 14 war zudem in der Lage, auch über intakte Oberflächen in den Wirt einzudringen und dort Resistenzmechanismen zu induzieren. Ergänzende Untersuchungen mit dem Elektronenmikroskop über Etablierungs- und Infektionsverhalten von F. oxysporum f.sp. cucumerinum und dem apathogenen F. oxysporum-Stamm C 14 zeigten, dass der Antagonist zwar das Rindengewebe im Bereich der Streckungszone penetrieren und besiedeln kann, im Gegensatz zu seinem pathogenen Verwandten jedoch nicht durch das Pa[Seite 41↓]renchymgewebe bis in das Gefäßsystem vordringt (MANDEEL et al. 1994). Die Fähigkeit, in intaktes Wirtsgewebe einzudringen und so über Resistenzinduktion Schaderreger effektiv zu regulieren, halten die genannten Autoren für die wichtigste Anforderung an apathogene Fusarium spp. in ihrer Funktion als kompetente Antagonisten. Über eine durch antagonistische Fusarium spp. induzierte Resistenz an verschiedenen Kulturpflanzen wurde u. a. auch von OGAWA und KOMODA (1984), KUC et al. (1984), POSTMA und RATTINIK (1992) berichtet.

Gute Bekämpfungserfolge gegen F. oxysporum an Spargel bei gleichzeitiger Steigerung der Wüchsigkeit erzielten DAMICONE und MANNING (1982) in Gefäßversuchen mit künstlicher Pathogeninokulation und in Freilandversuchen auf Nachbaustandorten mit natürlicher Fusarium-Kontamination mit einem von Bohnenhypokotylen isolierten apathogenen Fusarium oxysporum-Isolat. Der positive Einfluss auf die Frischmasse und den Krankheitsindex war signifikant zur Kontrolle und auch günstiger als eine Behandlung der Pflanzen mit Benomyl (0,1%). TU et al. (1990) konnten in Gefäßversuchen eine erhebliche Infektionsreduktion (70 bis 80%) junger Spargelpflanzen mit F. oxysporum f.sp. asparagi durch Inokulation des Bodens mit einem apathogen Fusarium oxysporum-Stamm (Code Nr. 181) feststellen. In Freilandversuchen waren die positiven Effekte allerdings weniger stark ausgeprägt. Eine Verminderung der Spargelwurzelfäule bei einem Screening verschiedener apathogener Fusarium oxysporum –Isolate um bis zu ca. 70% in sterilisierter, künstlich infizierter Erde bzw. um bis zu ca. 50% in natürlich infizierter Felderde konnten BLOK et al. (1997) nachweisen. Die Fähigkeit zur Krankheitsunterdrückung variierte innerhalb der Probanden z. T. erheblich. Als besonders kompetent erwies sich hier der Stamm FO 47, der zudem durch ein ausgeprägtes Kolonisierungsvermögen auffiel. Im Freiland war die Effektivität allerdings geringer. Analog zu den Untersuchungen von MANDEEL et al. (1994) wurde auch hier als weiterer pathogenunterdrückender Effekt eine Reduktion der Chlamydosporenkeimung von F. oxysporum f. sp. asparagi (43 bis 64%) beobachtet.


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03.03.2004