Bacillus subtilis und seine Stoffwechselprodukte als Agenzien zur Resistenzinduktion gegen Blattläuse auf Ackerbohne (Vicia faba) und Sommerweizen (Triticum aestivum).

Dissertation

Zur Erlangerung des akademischen Grades
Doctor Agriculturarum

(Dr. rer. agr.)

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

von

(M.Sc. Agric., M.Sc. Development Studies, Vinaman Yao )

(Geb. am 17.12.
1961, in Treichville, Côte d’Ivoire)

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin

Prof. Dr. Jürgen Mlynek

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

Gutachter:
1. Helmuth Bochow
2. Christoph Reichmuth
3. Hans -Holger Liste
4. Geoffrey Zehnder

Tag der mündlichen Prüfung: 20.01.06

Zusammenfassung

Bacillus subtilis und seine Stoffwechselprodukte als Agenzien zur Resistenzinduktion gegen Blattläuse auf Ackerbohne ( Vicia faba ) und Sommerweizen ( Triticum aestivum ) - Dissertation Humboldt-Universität Berlin; 32 Tab., 26 Abb.

Bacillus subtilis Stämme vom FZB - FZB24, FZB37 und FZB38 des FZB Biotechnik, Berlin - und ihre Stoffwechselprodukte wurden als Agenzien für eine Resistenzinduktion gegen Schädiger in drei Wirtspflanzen-Erreger-Systemen, Vicia faba - Uromyces appendiculatus, Vicia faba - Aphis fabae und Triticum aestivum - Rhopalosiphum padi untersucht. Prä-inokulativ wurden Blätter und Saatgut der Pflanzen mit den Testsubstanzen behandelt. Zur Testung gelangten Bakterien-Kulturfiltrat (KF), KF-Zenrifugationsüberstände, die vegetativen Zellen und Sporen der B. subtilis Stämme.

Bei lokaler und systemischer Pflanzenbehandlung riefen Bakterien-Kulturfiltrate und KF-Überstände eine Entwicklungshemmung der Uredosporen des Rostpilzes U. appendiculatus hervor.

Die Entwicklung der Blattläuse A. fabae und R. padi auf den Wirtspflanzen wurde mit Hilfe der Lebenstafel-Methode bewertet, wobei die Entwicklungszeit der Tiere (tD), die Prä-Reproduktionszeit (td), die Relative Wachstumsrate (RGR) und die natürliche Wachstumsrate (rm) ermittelt wurden.

Nach lokaler Applikation der KF-Überstände von B. subtilis auf die Wirtspflanzenblätter konnte eine erhebliche Breite antibiotischer (entwicklungshemmender) Wirkungen auf A. fabae und R. padi beobachtet werden. Die Aphiden benötigten längere Entwicklungs- und Prä-Reproduktionszeiten und gegensätzlich konnte eine geringere Relative (RGR) und natürliche Wachstumsrate (rm) beobachtet werden.

Diese in den Versuchen festgestellten antibiotischen Wirkungen wurden offensichtlich durch die Pflanze vermittelt. Direkte toxische Effekte der bakteriellen Stoffwechselprodukte auf die Testtiere A. fabae und R. padi waren nicht erkennbar.

Eine Untersuchung der freien Aminosäuren im Phloemsaft von Vicia faba zeigte, daß sichnach Befall von Aphis fabae speziell bei den zuvor mit bakteriellem Kulturfiltrat und KF-Überstand behandelten Pflanzen im Vergleich zu der nur mit Wasser behandelten Kontrolle, die Konzentration von neun Aminosäuren änderte. Bei den mit KF-Überstand behandelten Pflanzen blieb auffallend die Konzentration der Aminosäure Serin unverändert, was als ein Hauptgrund für den bei diesen Pflanzen beobachteten antibiotischen Effekt auf die getesteten Aphiden interpretiert wird.

Neben der Induktion antibiotischer Wirkungen ließ sich nach der Pflanzenbehandlung mit Bacillus subtilis und seinen Stoffwechselprodukten eine höhere Chlorophyllfluoreszenz und ein besseres Wachstum der Pflanzen feststellen.

Eine Induktion von Resistenz gegenüber Aphis fabae und Rhopalosiphum padi wird durch Vorbehandlung der Wirtspflanzen mit dem KF-Überstand der

B. subtilis Stämme FZB24, FZB37 und FZB38 als nutzbar gesehen.

Weiterführende Untersuchungen sollten sich auf das Vorkommen sekundärer Metaboliten orientieren, besonders auf Proteinase inhibierender Proteine, im Phloemsaft mit KF-Überständen von Bacillus subtilis behandelter Pflanzen.

Eigene Schlagworte: Induzierte Resistenz, Ackerbohne, Sommerweizen, Bacillus subtilis , Aphis fabae , Rhopalosiphum padi

Abstract

Bacillus subtilis and its metabolites as induced resistance agent against aphids feeding on broad bean ( Vicia faba ) and summer wheat ( Triticum aestivum )

Strains of Bacillus subtilis FZB (FZB24, FZB37 and FZB38 from FZB Biotechnik Berlin) and its metabolites were investigated for their role in induced resistance in three host–parasite systems, i.e. Vicia faba - Uromyces appendiculatus, Vicia faba - Aphis fabae and Triticum aestivum - Rhopalosiphum padi, following plant foliar and seed treatment. The culture filtrate, supernatant, vegetative cells and spore suspensions of the different strains of Bacillus subtilis were examined.

In topical and systemic plant treatment, the culture filtrate and supernatant of Bacillus subtilis was shown to inhibit the development of urediospores produced by Uromyces appendiculatus. The performance of Aphis fabae and Rhopalosiphum padi was evaluated using life table tests where the aphids' development time (tD), pre-reproduction time (td), relative growth rate (RGR) and intrinsic rate of natural increase (rm) were assessed. A wide range of antibiosis effects in Aphis fabae and Rhopalosiphum padi was observed when the supernatant of Bacillus subtilis was used as foliar topical treatment. The tested aphids presented longer development and pre-reproduction time; conversely a lower relative growth rate and intrinsic rate of natural increase was observed.

The antibiosis effect observed in the study was likely mediated via the plant. No direct toxicity effect of Bacillus subtilis metabolites on Aphis fabae and Rhopalosiphum padi was observed.

The investigation of the free amino acids of the phloem sap of V. faba plants, showed that, following A. fabae infestation, the concentration of nine individual amino acids had changed in the supernatant and culture filtrate of B. subtilis treated plants compared to the control (water treatment). The concentration of the amino acid serine remained unchanged in the supernatant induced plants in this study, which was interpreted as the major reason for the observed antibiosis effect on the tested aphids.

Besides the antibiosis, higher chlorophyll fluorescence and enhanced plant growth were evident as a result of plant treatment with Bacillus subtilis and its metabolites.

Induced resistance to both A. fabae and R. padi is suggested when using supernatants (FZB24, FZB37 and FZB38) of B. subtilis in topical treatment.

Keywords: Induced resistance, Bacillus subtilis, Aphis fabae, Rhopalosiphum padi

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04.07.2007