1

2

Einleitung

Ungefähr die Hälfte der in Deutschland verarbeiteten Zuckerrüben (insgesamt 20 Mio. t pro

Jahr) muss vor der Verarbeitung in der Zuckerfabrik auf dem Feld gelagert werden, weil die

Ernte etwa Mitte November aus Gründen des Bodenschutzes und einer termingerechten

Aussaat der Folgekultur (meist Winterweizen) abgeschlossen ist, die Verarbeitungskampag-

ne in den Fabriken aus wirtschaftlichen Gründen aber bis in den Januar geht. Bei der Lage-

rung findet eine Umsetzung von Zucker (Saccharose) statt, da lebensnotwendige Prozesse

wie die Respiration in der Rübe weiter aufrechterhalten werden (Burba, 1976). Die Intensität

dieser Prozesse ist stark temperaturabhängig. Die Umsetzungen führen dazu, dass sich die

Zusammensetzung der Inhaltsstoffe verändert. Die wichtigsten Änderungen finden im Koh-

lenhydratstoffwechsel statt: Zucker wird enzymatisch abgebaut, resultierend in einem Zu-

ckerverlust, während sich unerwünschte Inhaltsstoffe wie Invertzucker (Glucose + Fructose)

anreichern (Burba, 1976; Kenter & Hoffmann, 2007). Über die Massenverluste hinaus ver-

mindert die Anreicherung von Invertzucker aufgrund der Verringerung der Alkalitätsreserven

und Farbbildung die Verarbeitungsqualität der Rüben beträchtlich, so dass sich der Be-

triebsmittel- und Energieeinsatz in den Zuckerfabriken deutlich erhöht (van der Poel et al.,

1998).

Lagerungsverluste von Zuckerrüben werden durch viele verschiedene Faktoren beeinflusst,

wie z.B. z.B. Lagerungstemperatur, -periode, Befall mit Pathogenen, Beschädigungen bei

der Ernte, Trockenstress beim Anbau (Kenter & Hoffmann, 2005; Kenter & Hoffmann, 2009).

Die meisten dieser Faktoren können allerdings nur bedingt beeinflusst werden. Lagerungs-

verluste können also nicht vollständig verhindert, sondern nur verringert werden. Aus ver-

gangenen Versuchen geht hervor, dass die Sorte, ein Faktor, den der Landwirt beim Anbau

von Zuckerrüben auswählen kann, ebenfalls einen Einfluss auf die Lagerungsverluste von

Zuckerrüben hat (Klotz et al., 2004; Kenter & Hoffmann, 2005; Campbell & Klotz, 2007). So

war der Invertzuckergehalt nach 27 Tagen Lagerung bei 20 °C bei einer Sorte um 260 %, bei

einer anderen Sorte dagegen um 580 % im Vergleich zur Einlagerung angestiegen (Kenter &

Hoffmann, 2005). Bei Langzeitlagerung (120 Tage) verstärkte sich dieser Effekt erheblich

(Kenter & Hoffmann, 2009). Bei diesen Versuchen wurden allerdings meist nur wenige Sor-

ten an wenigen Umwelten getestet und somit keine ausreichende Bewertung über den Ein-

fluss des Genotyps auf die Lagerungsverluste von Zuckerrüben getroffen. Außerdem ist

bisher nicht bekannt, worauf diese Unterschiede beruhen und ob es einen Zusammenhang

zwischen der Akkumulation von Invertzucker und den Zuckerverlusten gibt. Mögliche Ursa-

che für genotypische Unterschiede in den Lagerungsverlusten können neben (A) genotypi-

schen Unterschieden im Kohlenhydratstoffwechsel auch (B) Unterschiede im Befall mit

saprophytischen und pflanzenpathogenen Mikroorganismen im Verlauf der Vegetationszeit

und im Lager sowie (C) Unterschiede in der Reaktion auf Beschädigungen während der Ern-

te sein.

Im Folgenden werden die Ziele, Hypothesen und Ergebnisse der einzelnen Projektteile (A bis

C) separat beschrieben und diskutiert.

3

Projektteil A und C:

Genotypische Unterschiede im Kohlenhydratstoffwechsel sowie

Reaktion auf Beschädigungen

Einleitung

Genotypische Unterschiede im Kohlenhydratstoffwechsel bei Zuckerrüben können sich in der

der Enzymaktivität, der Intensität der Respiration und damit im Abbau von Zucker und der

Anreicherung von Invertzucker während der Lagerung äußern (Burba, 1976; Berghall et al.,

1997) (Abb. 1). Auch bei der Ernte werden schon genotypische Unterschiede im Invertzu-

ckergehalt bei Zuckerrüben festgestellt. Diese treten umso deutlicher hervor, je ungünstiger

die Umweltbedingungen sind (Genotyp/Umwelt Interaktion), so in Südeuropa unter Hitze-

stress und Trockenheit im Vergleich zu Nordwesteuropa (Hoffmann et al., 2009). Während in

diesen Untersuchungen der Invertzuckergehalt der Genotypen bei der Ernte in gemäßigtem

Klima bei 2 bis 4 mmol kg-1 FM lag, stieg er in Südeuropa bei einigen Genotypen auf 15

mmol kg-1, bei anderen um das Doppelte auf 30 mmol kg-1 an. Diese Anreicherung von In-

vertzucker deutet auf genotypisch unterschiedliche Aktivität im Kohlenhydratstoffwechsel hin.

Allgemein reagieren Pflanzen auf unterschiedlichste Stressfaktoren wie Trockenheit, Ver-

wundung, Befall mit Pathogenen mit einem identischen Reaktionsmuster: der Kohlenhydrat-

stoffwechsel wird intensiviert und es wird Invertzucker gebildet (Roitsch, 1999). Da Lagerung

auch physiologischen Stress verursacht, wird angenommen, dass Genotypen, die unter

Stressbedingungen in Südeuropa während der Vegetationsperiode auf dem Feld nur geringe

Invertzuckergehalte bilden, auch unter Lagerungsbedingungen in Deutschland/ Nordwesteu-

ropa weniger Zucker abbauen und weniger Invertzucker bilden.

Arbeitshypothese ist demnach, dass die Invertzuckerbildung als Reaktion von Genotypen auf

Stress in Südeuropa als indirektes Selektionskriterium auch für die Lagerstabilität unter den

Bedingungen Nordwesteuropas dienen kann. Hierdurch ließe sich der Zuchtfortschritt erheb-

lich beschleunigen, zumal Lagerungsversuche in umfangreichen Zuchtprogrammen, in der

Wertprüfung für die Zulassung als Sorte und in darauf folgenden Sortenversuchen aus Kos-

ten- und Zeitgründen nur schwer realisierbar sind.

4

10

Lagerungsverluste gering!

Ursachen für genotypische Unterschiede in den Lagerungsverlusten von Zuckerrüben

Geringe Beschädigungs-

empfindlichkeit

WenigerEintrittspforten

für Mikro-organismen

Genotypen mit hoher Gewebestabilität

Weniger Wundheilungs-

prozesse

Geringe Enzymaktivität

und Respirationsrate

Kohlenhydratstoffwechsel Beschädigungsempfindlichkeit Pathogenbefall

Infektion und Ausbreitung für

Pathogene erschwert

UnspezifischeResistenz

Markgehalt: Unlösliche Zellwandbestandteile Indirektes Maß für die Gewebestabilität?

Abb. 1: Ursachen für genotypische Unterschiede in den Lagerungsverlusten von Zuckerrüben.

Neben Unterschieden in der Aktivität des Kohlenhydratstoffwechsels bei Genotypen wird

auch angenommen, dass die Beschädigungsempfindlichkeit und der Pathogenbefall einen

entscheidenden Einfluss auf die Lagerungsverluste von Zuckerrüben haben (Abb. 1).

Beschädigungen bei der Ernte und Abreinigung der Rübe können zwar minimiert, aber nicht

vollständig vermieden werden. Schon der Köpfschnitt stellt eine größere Verletzung dar. Um

die anhaftende Erde auf dem Feld zu belassen, werden die Rüben mechanisch gereinigt.

Dabei ist die Abreinigungsintensität positiv mit dem Ausmaß der Beschädigung korreliert.

Wenn Rüben beschädigt sind, steigen die Lagerverluste erheblich an: Zucker wird verstärkt

abgebaut und Invertzucker reichert sich an (Imura et al., 1986; Wiltshire & Cobb, 2000; Ken-

ter et al., 2006). Dies kann zum einen auf eine gesteigerte Stoffwechselaktivität bei der

Wundheilung zurückzuführen sein (Ibrahim et al., 2001; Klotz et al., 2006). Andererseits ist

anzunehmen, dass durch die Verletzung der Epidermis eine Eintrittspforte für Mikroorganis-

men geschaffen ist, so dass der Befall mit Pathogenen, fakultativen Saprophyten und

Schwächeparasiten wesentlich höher ist als bei unbeschädigten Rüben (Mumford & Wyse,

1976).

Es wird vermutet, dass es genotypische Unterschiede in der Gewebestabilität, also der Zell-

wandbeschaffenheit von Zuckerrüben gibt und dass Genotypen mit einer hohen Gewebesta-

bilität weniger beschädigt werden, folglich weniger Wundheilungsprozesse stattfinden, weni-

ger Eintrittspforten für Mikroorganismen entstehen und dementsprechend weniger Lage-

rungsverluste auftreten. Gleichzeitig ist es möglich, dass bei Genotypen mit hoher Gewebe-

stabilität eine unspezifische Resistenz vorliegt, die die Infektion und Ausbreitung von Patho-

genen innerhalb des Gewebes erschwert und dementsprechend weniger Lagerungsverluste

auftreten. Da der Markgehalt von Zuckerrüben die unlöslichen Zellwandbestandteile von Zu-

5

ckerrüben darstellt, könnte dieser evtl. als indirektes Maß zur Bewertung der Gewebestabili-

tät von Zuckerrüben verwendet werden.

Insgesamt fehlen jedoch quantitative Informationen darüber, welche Bedeutung genotypi-

sche Unterschiede im Kohlenhydratstoffwechsel im Vergleich zu Beschädigung und

Pathogenbefall für die Lagerstabilität haben.

Forschungsziele Projektteile A und C

Ziel der Projektteile A) Kohlenhydratstoffwechsel und C) Beschädigung ist es daher, 1.) die

Lagerungsverluste verschiedener Zuckerrübensorten reproduzierbar zu beschreiben, 2.) die

Ursachen für die genotypischen Unterschiede in den Lagerungsverlusten zu analysieren

sowie 3.) ein indirektes Selektionskriterium für hohe Lagerstabilität bei Zuckerrüben zu ent-

wickeln, ohne dass aufwendige Lagerungsversuche für jede neue Sorte durchgeführt werden

müssen.

Material und Methoden

Feldversuche

Im Projektteil A) wurden in 2011 36 Zuckerrübengenotypen an zwei Standorten in Deutsch-

land in einer vollständig randomisierten Blockanlage mit vier und fünf Feldwiederholungen in

sechsreihigen Parzellen angebaut (Tab. 1). Jeweils 12 Genotypen wurden von den Zucker-

rübenzüchtern KWS, Strube und Syngenta bereitgestellt, wobei 6 Genotypen besonders ho-

he und 6 Genotypen besonders niedrige Invertzuckergehalte nach der Lagerung aufweisen

sollten.

In 2012 wurden 9 Genotypen mit den höchsten und 9 Genotypen mit dem niedrigsten Zu-

ckerverlusten aus dem ersten Versuchsjahr ausgewählt und ebenfalls in einer vollständig

randomisierten Blockanlage mit vier Feldwiederholungen in sechsreihigen Parzellen an zwei

Standorten angebaut (Tab. 1).

In 2012 und 2013 wurde ein zusätzlicher Versuch (Projektteil C) mit 6 Genotypen zur Analy-

se der Beschädigungsempfindlichkeit der Genotypen angelegt (Tab. 1). Dazu wurden 3 Ge-

notypen mit hohen und 3 Genotypen mit niedrigen Zuckerverlusten aus dem Versuchsjahr

2011 ausgewählt, diese sind auch in den 18 Genotypen vom Projektteil A) enthalten. Drei

dieser Genotypen sind zudem seit 2011 im Projektteil B) Mikroorganismen analysiert wor-

den. Die Genotypen wurden in einer vollständig randomisierten Blockanlage mit vier Feld-

wiederholungen in sechsreihigen Parzellen an jeweils 2 Standorten angebaut.

6

Tab.1: Lagerungsversuche mit Zuckerrüben 2011, 2012 und 2013

Anbau und Ernte Lagerungfür 8 und 12 Wochen

Projektteil Standort Jahr UmweltAnzahl

Genotypen„Extreme Variation“

Ø Lagertemperatur (°C)*

A)Kohlenhydrat-stoffwechsel

Obernjesa 2011 U 1 36 8 | 20

Seligenstadt 2011 U 2 36 8 | 20

Bautzen 2012 U 3 18 8 | 20

Hameln 2012 U4 18 8 | 20

C) Beschädigungs-empfindlichkeit

Beschädigte & unbeschädigte

Variante

Harste 2012 U 5 6 8 | 20 | Außen

Biemsen 2012 U 6 6 8 | 20 | Außen

Seligenstadt 2013 U 7 6 8 | 15 | Außen

Söllingen 2013 U 8 6 8 | 15 | Außen

*Lagerung im Klimacontainern bei 8 °C, 20 °C & 15 °C und in einer Außenmiete; 6 Wiederholungen je Variante, Umwelt = Standort x Jahr

Die Aussaat der Rüben aller Versuche erfolgte betriebsüblich zwischen Ende März und An-

fang April. Die Bestandesdichte lag bei 100.000 Pflanzen ha-1. Die pflanzenbaulichen Maß-

nahmen wurden dem Standort angepasst optimal durchgeführt. Die Ernte der Zuckerrüben

erfolgte Anfang Oktober mit einem Parzellenrübenroder, nur am Standort Bautzen wurden

die Rüben manuell geerntet. Nach der Ernte wurden die Rüben nach dem Göttinger Schätz-

rahmen (Beiß, 1979) nachgeköpft, zugleich wurden zu tief geköpfte, beschädigte und faule

Rüben aussortiert. So der Effekt des Genotyps exakt analysiert und eine mögliche Beeinflus-

sung der Ergebnisse durch einzelne Rüben vermieden.

Um den Effekt einer zusätzlichen Beschädigung zu erfassen, wurden beim Projektteil C) eine

unbeschädigte und eine beschädigte Variante einbezogen. Dazu wurden jeweils 90 Rüben

für 60 Sekunden in einer Erdabreinigungstrommel kontrolliert beschädigt (Abb. 1) (Kenter et

al., 2006). Danach erfolgte eine Bonitur der Beschädigung (siehe Bonituren).

7

Abb. 2: Erdabreinigungstrommel zur zusätzlichen Beschädigung von Zuckerrüben.

Lagerungsversuche

In 2011 wurden die Zuckerrüben des Projektteils A) für 8 und 12 Wochen bei konstant 8 °C

und 20 °C in klimatisierten Containern eingelagert (Tab. 1) (Abb. 3). Die Variante 8 Wochen

Lagerung bei 8 °C entfiel beim Standort Seligenstadt. Im zweiten Jahr (2012) erfolgte die

Lagerung nur bei 8 °C im Klimacontainer.

Abb. 3: Lagerung in Klimacontainern und in einer Außenmiete.

Die Rüben aus dem Projektteil C) wurden in 2012 und 2013 im Klimacontainer bei 8 °C und

20 °C sowie in einer Außenmiete eingelagert. In 2013 erfolgte die Lagerung bei 8 °C sowie

bei 15 °C (statt bei 20 °C).

Je Wiederholung wurden 20 Rüben in luftdurchlässige Kartoffelnetze gefüllt und randomisiert

in den Containern bzw. der Außenmiete gelagert. Um diese Versuchssäcke herum wurde

eine Schicht mit Randrüben gelegt, um Positionseffekte gering zu halten und übermäßige

Transpiration zu vermeiden. Die relative Luftfeuchte in den Containern lag bei 98 %. Rüben-

gewicht und technische Qualität wurden vor Einlagerung (Referenz) sowie nach 8 und 12

Wochen Lagerung an jeder Probe bestimmt, wie bei Hein et al. (1995) beschrieben. Insge-

samt gab es 6 Wiederholungen je Lagerungsvariante. Um den Erdanhang zu bestimmen,

wurde die Gewichtsdifferenz zwischen den gewaschenen und den ungewaschenen Rüben

bestimmt. Nach der Wäsche wurden die Rüben mit einer Breisäge zu homogenem Brei ver-

arbeitet. Dieser wurde schockgefroren und bei -26 °C bis zur weiteren Analyse gelagert.

8

Bonituren

Im Projektteil C) wurde vor der Lagerung die Stärke der Beschädigung an den unbeschädig-

ten und beschädigten Referenzprobe bestimmt. Dazu wurde der Durchmesser der Wurzel-

spitze (in cm) und des Köpfschnitts (in cm) gemessen und der Anteil der beschädigten Ober-

fläche geschätzt.

Nach der Lagerung und vor der Wäsche wurden die Rüben oberflächlich auf den Befall mit

Schimmel (sichtbares Pilzmyzel) und Rübenfäule (sichtbare Fäulnisstellen) sowie auf Blatt-

austrieb visuell bonitiert. Der Befall wurde auf die Rübenoberfläche aller 20 Rüben je Wie-

derholung bezogen und mit einem Anteil von 0 %, 20 %, 40 %, 60 %, ≥ 80 % befallener

Oberfläche bestimmt.

Analytik

Für die Bestimmung des Trockenmassegehalts wurde frischer Rübenbrei bei 105 °C bis zur

Gewichtskonstanz getrocknet.

Der Gehalt an Zucker, Kalium, Natrium und Amino-N wurde in Aluminiumsulfat geklärten

Rübenbreifiltraten bestimmt (ICUMSA, 2007a; Venema, Groningen, NL). Dabei wurden der

Gehalt an Zucker polarimetrisch, der an Kalium und Natrium flammenphotometrisch und an

α-Amino-Stickstoff fluorimetrisch nach der OPT-Methode bestimmt (ICUMSA, 2007a; Burba

& Georgi, 1975, 1976). Die Gehalte an Saccharose, Glucose, Fructose (Invertzucker = Glu-

cose + Fructose), Raffinose, Betain und Glutamin wurden mit HPLC bestimmt (ICUMSA,

2007a, b).

An dem gefrorenen Rübenbrei der Referenzproben wurde der Markgehalt vor der Lagerung

bestimmt. Dieser wurde durch viermalige alkoholische Heißwasserextraktion der löslichen

Zellwandbestandteile mit anschließender Trocknung bei 105 °C ermittelt (Reinefeld &

Schneider, 1983).

Die Veränderung der Zuckermenge während der Lagerung wurde aus der Differenz der Zu-

ckermenge bei Aus- und Einlagerung berechnet. Für die gelagerten Rüben wurde ange-

nommen, dass diese zum Zeitpunkt der Einlagerung den gleichen Erdanhang und Zuckerge-

halt aufwiesen wie die Rüben, die bei der Einlagerung analysiert wurden (Referenzproben).

Invertzuckergehalt Südeuropa

In 2012/13 wurden 36 Genotypen an zwei Standorten in Spanien unter Hitze- und Trocken-

stress in 3 Feldwiederholungen angebaut. Am Standort A erfolgten die Aussaat im Novem-

ber und die Ernte im Juli. Am Standort B wurden die Zuckerrüben im Dezember ausgesät

und an zwei Terminen im Juli und August geerntet.

9

Statistik

Die statistische Auswertung erfolgte mit dem Programm SAS Version 9.2 (SAS Institute Inc.,

Cary, NC, USA). Die Daten wurden auf Normalverteilung und Varianzhomogenität getestet,

und wenn nötig erfolgte eine Datentransformierung. Anschließend wurde eine Varianzanaly-

se mit der Prozedur GLM durchgeführt.

Lineare Regressionen (y = bx + a) wurden nach der Methode der kleinsten Quadrate mit

dem Software Paket SigmaPlot for Windows, Version 11.0 (Systat Software, Inc.) angepasst.

Der Spearmann´s Korrelationskoeffizient wurde ebenfalls mit SigmaPlot bestimmt.

Die Variable Umwelt wurde aus den Faktoren Standort und Jahr gebildet.

Das Signifikanzniveau wurde bei einer Irrtumswahrscheinlichkeit von p = 0,05, 0,01 und

0,001 mit *, ** und *** gekennzeichnet. Nichtsignifikante Effekte sind mit n.s. gekennzeichnet.

Mittelwertvergleiche und Grenzdifferenzen wurden mit dem Tukey-Test (p<0.05) durchge-

führt und berechnet, um signifikante Unterschiede zwischen den Genotypen zu kennzeich-

nen. Mit unterschiedlichen Buchstaben gekennzeichnete Werte sind signifikant verschieden.

Vertikale Balken kennzeichnen die Standardabweichung.

Um die Variation zwischen den Genotypen je Umwelt und Lagerungsvariante bzw. bei der

Ernte darzustellen, wurden die Ergebnisse in Box Plots dargestellt. Die Box (Interquartil) be-

schreibt 50 % der Werte, 25 % der Werte sind geringer oder höher als die Werte im Inter-

quartil. Extreme Werte (Genotypen) sind als Symbol gekennzeichnet. In jeder Box sind die

Invertzuckergehalte der Genotypen je Umwelt und Lagerungsvariante bzw. vor der Lagerung

abgebildet (Abb. 7: n = 18, bzw. Abb. 8: n = 6 Genotypen). Gepunktete Linie = Mittelwert,

durchgezogene Linie = Median.

10

Ergebnisse

Im Folgenden sind die wichtigsten Ergebnisse aus dem Projekt dargestellt. Weitere Einzel-

heiten sind den Veröffentlichungen Schnepel & Hoffmann (2013) sowie Schnepel & Hoff-

mann (2014) zu entnehmen.

Nach der Lagerung im Klimacontainer bei 8 °C zeigte sich eine starke Differenzierung im

Zuckerverlust zwischen den 36 Zuckerrübengenotypen, die im ersten Versuchsjahr unter-

sucht wurden (Abb. 4). Der Genotyp mit der geringsten Lagerungsfähigkeit hatte einen Zu-

ckerverlust von 11 %, während der Genotyp mit der höchsten Lagerungsfähigkeit nur 2 %

Zuckerverlust im Vergleich zur eingelagerten Menge aufwies. Im Mittel über alle Genotypen

lagen die Zuckerverluste bei 6,6 %. Neben dem Genotyp hatten die Umwelt (Standort x Jahr)

sowie die Interaktion von Genotyp und Umwelt einen signifikanten Einfluss auf die Zucker-

verluste von Zuckerrüben während der Lagerung.

Genotypen

Zuc

kerv

erlu

st (

%)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18Genotyp ***Umwelt ***Genotyp x Umwelt ***

Abb. 4: Zuckerverlust von 36 Zuckerrübengenotypen nach der Lagerung. Mittel über 2 Umwelten (2 Standorte in 2011), Lagerung für 12 Wochen im Klimacontainer bei konstant 8 °C, 100 % = Zuckermenge bei Einlagerung, Umwelt = Standort x Jahr, gestrichelte Linie = Mittelwert im Zuckerverlust über die Genotypen, vertikale Balken markieren die Standardabweichung.

Um diese einjährigen Ergebnisse zu unterstreichen, wurden die extremen Genotypen mit

den höchsten und niedrigsten Zuckerverlusten in 2011 im folgenden Jahr erneut an zwei

Standorten angebaut und nach der Ernte im Klimacontainer bei 8 °C eingelagert. Im Mittel

über die 4 Umwelten (4 Standorte in 2 Jahren) zeigten sich signifikante Unterschiede zwi-

schen den 18 Zuckerrübengenotypen im Zuckerverlust (Abb. 5.) Einige Genotypen hatten

11

einen Zuckerverlust von knapp 8 %, während andere nur einen Zuckerverlust von 2 % im

Vergleich zur eingelagerten Menge aufwiesen. Werden diese Ergebnisse relativ zum Mittel

aller Genotypen (100 %) betrachtet, liegt eine Variation im Zuckerverlust zwischen den Ge-

notypen von 40 bis 160 % vor. Die statistische Auswertung zeigte weiterhin, dass neben dem

Genotyp auch die Umwelt sowie die Lagerungsperiode einen signifikanten und gleichzeitig

den stärksten Einfluss auf die Zuckerverluste von Zuckerrüben haben. Allerdings war der

Einfluss der Interaktionen sehr gering und die Interaktion zwischen Genotyp und Lagerungs-

periode war sogar nicht signifikant. Somit waren die Zuckerverluste der Genotypen sehr

stabil.

Genotyp

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R

Zuc

kerv

erlu

st (

%)

0

2

4

6

8

a a a a a a a ab b b b b b b b b b b b

c c c c c c c c c c c cd d d d d d d d d d

Relativ zum Mittel über Genotypen:160 % 100 % 41 %

ANOVAZuckerverlust nach Lager (%)

Faktor FG F ‐Wert p ‐ valueGenotyp 17 9.77 < .0001Umwelt 3 16.96 < .0001Lagerungsperiode 1 238.88 < .0001G x U 51 5.67 < .0001G x L 17 1.36 0.1502U x L 3 6.22 0.0021G x U x L 51 2.30 < .0001

Abb. 5: Zuckerverlust von 18 Zuckerrübengenotypen nach der Lagerung. Mittel über 4 Umwelten (2 Standorte in 2011 und 2012), Lagerung für 8 und 12 Wochen im Klimacontai-ner bei konstant 8 °C, 100 % = Zuckermenge bei Einlagerung, unterschiedliche Buchstaben kennzeich-nen signifikante Unterschiede zwischen den Genotypen, Tukey-Test p = 0.05, ANOVA: G = Genotyp, U = Umwelt (Ort x Jahr), L = Lagerungsperiode.

Bei hoher Lagerungstemperatur (20 °C) traten deutlich höhere Zuckerverluste und auch eine

höhere Anreicherung von Invertzucker auf als bei 8 °C (Abb. 6). Über die beiden Lagerungs-

temperaturen (20 °C und 8 °C) sowie alle Lagerperioden (8 und 12 Wochen) ergab sich eine

signifikant positive lineare Beziehung zwischen dem Invertzuckergehalt und dem Zuckerver-

lust (r = 0,98) nach der Lagerung. Das bedeutet, dass mit steigendem Zuckerverlust auch

der Invertzuckergehalt linear anstieg.

Somit kann auch umgekehrt vom Invertzuckergehalt nach der Lagerung der Zuckerverlust

von Zuckerrüben während der Lagerung sowie die Rangfolge der Genotypen in Bezug auf

die Lagerungsverluste abgeschätzt werden. Aufgrund dessen sind die Ergebnisse im Fol-

genden hauptsächlich auf den Invertzuckergehalt bezogen dargestellt.

12

Zuckerverlust (%)

0 20 40 60 80 100

Inve

rtzu

cker

(m

mo

l kg

-1 F

M)

0

100

200

300

400

500

600

700

y = 5,56 x + 13,27r² = 0,98***

20 °C 8 °C

20 °C 8 °C

b a r ² n20 °C 5.99 -35.1 0.98*** 72

8 °C 3.46 0.38 0.61*** 126

Abb. 6: Zusammenhang zwischen dem Invertzuckergehalt und dem Zuckerverlust nach der Lagerung von Zuckerrüben. 18 Zuckerrübengenotypen, 4 Umwelten (2 Standorte in 2011 und 2012), Lagerung für 8 und 12 Wochen im Klimacontainer bei konstant 8 °C und 20 °C, bei einem Standort keine Lagerung für 8 Wochen bei 8 °C, 100 % = Zuckermenge bei Einlagerung, *** signifikant bei p ≤ 0,001.

Bei der separaten Analyse der Invertzuckergehalte für jede Umwelt vor und nach der Lage-

rung zeigten sich deutliche Unterschiede (Abb. 7). Bei frisch geernteten Rüben lagen die

Invertzuckergehalte mit weniger als 10 mmol kg-1 FM sehr niedrig, ferner traten nur geringe

Unterschiede zwischen den Umwelten auf. Dennoch zeigten sich bereits signifikante Unter-

schiede im Invertzuckergehalt zwischen den Genotypen an jeder Umwelt. Nach einer Lage-

rung von 8 Wochen waren die Invertzuckergehalte deutlich angestiegen und lagen zwischen

7 und knapp 40 mmol kg-1. Nach der Lagerung zeigten sich deutlichere Unterschiede zwi-

schen den Umwelten als auch den Genotypen je Umwelt. Nach der Lagerung für 12 Wochen

wurde dieser Effekt noch einmal verstärkt. An den Umwelten mit den im Mittel höchsten In-

vertzuckergehalten, U1 und U3, war die Differenzierung zwischen den Genotypen am deut-

lichsten und lag nach einer zwölfwöchigen Lagerung bei der Umwelt 1 bei 66 mmol kg-1; der

höchste Invertzuckergehalt lag bei 80 mmol kg-1. Genotyp, Umwelt sowie Lagerungsperiode

hatten einen signifikanten Einfluss auf den Invertzuckergehalt nach der Lagerung. Wie beim

Zuckerverlust war der Einfluss der Umwelt und der Lagerungsperiode am stärksten, wobei

die Interaktion eine geringe Bedeutung hatte und der Effekt des Genotyps damit sehr stabil

war.

13

Inve

rtzu

cke

r (m

mo

l k

g-1

FM

)

0

20

40

60

80

100

Ernte 12 Wochen8 Wochen2011 2012 2011 20122011 2012

U1 U2 U3 U4 U1 U3 U4 U1 U2 U3 U4 Umwelt

Jahr

ANOVAInvertzucker nach Lager (mmol kg‐1)

Faktor FG F p

Genotyp 17 25.5 <.0001Umwelt 3 706.7 <.0001Lagerungsperiode 1 1163.3 <.0001G x U 51 9.8 <.0001

G x L 17 5.7 <.0001U x L 3 53.0 <.0001G x U x L 51 2.2 <.0001

Abb. 7: Genotypische Variabilität im Invertzuckergehalt von 18 Zuckerrübengenotypen von 4 Umwel-ten bei der Ernte und nach der Lagerung. 2 Standorte in 2011 und 2012. Lagerung für 8 und 12 Wochen im Klimacontainer bei konstant 8 °C, bei Umwelt 2 keine Lagerung für 8 Wochen bei 8 °C, je Boxplot n = 18 Genotypen, Symbole = extreme Werte, gepunktete Linie = Mittelwert, durchgezogene Linie = Median, * kennzeichnet signifikante Unterschiede zwischen Genotypen je Boxplot bei p ≤ 0.001, Tukey-Test, ANOVA: G = Genotyp, U = Umwelt (Ort x Jahr), L = Lagerungsperiode.

Zusätzlich zum Projektteil A) Kohlenhydratstoffwechsel, in dem die Lagerungsfähigkeit eines

großen Sets an Genotypen analysiert wurde, erfolgte im Projektteil C) eine Analyse des Ein-

flusses einer zusätzlichen Beschädigung auf die Lagerungsverluste von 6 Zuckerrübengeno-

typen. Bei der Ernte lagen die Invertzuckergehalte unter 5 mmol kg-1 und waren damit sehr

niedrig. Es zeigten sich keine Unterschiede zwischen den Umwelten, den Genotypen und

den Beschädigungsvarianten. Nach der Lagerung für 8 und 12 Wochen im Klimacontainer

bei 8 °C führte die zusätzliche Beschädigung im Vergleich zur unbeschädigten Variante an

jeder Umwelt zur Verdoppelung der Invertzuckergehalte (Abb. 8). Außerdem war die Diffe-

renzierung zwischen den Genotypen bei der beschädigten Variante wesentlich größer. Bei

den Umwelten mit den höchsten Invertzuckergehalten (U6, U8), war die Differenzierung zwi-

schen den Genotypen bei beiden Beschädigungsvarianten am höchsten. Der Genotyp hatte

einen signifikanten Einfluss auf den Invertzuckergehalt nach der Lagerung. Die Umwelt, die

Lagerungsperiode und vor allem die Beschädigung hatten allerdings den stärksten Einfluss

auf den Invertzuckergehalt nach der Lagerung. Die Interaktion zwischen Genotyp und den

anderen Faktoren hatte dabei eine sehr geringe Bedeutung.

14

Inve

rtzu

cker

(m

mo

l kg

-1 F

M)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

12 Wochen2012

8 Wochen2013 2012

Ernte

Umwelt

Jahr

U5 U6 U7 U8

20132012 2013

U5 U6 U7 U8

unbeschädigtbeschädigt

Mittel über unbeschädigte & beschädigte Variante

U5 U6 U7 U8

ANOVAInvertzuckernach Lager (mmolkg‐1 FM)Faktor FG F  pGenotyp 5 36.7 <.0001Umwelt 3 793.8 <.0001Lagerungsperiode 1 978.3 <.0001Beschädigung 1 1530.5 <.0001G x U 15 11.7 <.0001G x L 5 2.7 0.0222G x Besch. 5 2.4 0.0374

Abb. 8: Einfluss einer zusätzlichen Beschädigung auf den Invertzuckergehalt von 6 Zuckerrübengeno-typen nach der Lagerung für 8 und 12 Wochen von 4 Umwelten. 2 Standorte in 2012 und 2013, Lagerung im Klimacontainer bei konstant 8 °C, je Boxplot n = 18 Geno-typen, Symbole = extreme Werte, gepunktete Linie = Mittelwert, durchgezogene Linie = Median, ANOVA: G = Genotyp, U = Umwelt (Ort x Jahr), L = Lagerungsperiode, Besch.= Beschädigungsvariante (unbeschädigt/beschädigt in Erdabreinigungstrommel).

Die Lagerung in Klimacontainer wurde durchgeführt, um konstante und kontrollierte Lage-

rungsbedingungen zu schaffen und so den Einfluss des Genotyps und der Umwelt exakt

erfassen zu können, da der Einfluss anderer störender Faktoren (Nord-Südausrichtung der

Miete, Niederschläge, Temperaturunterschiede zwischen den Jahren, Tag- Nachtemperatur-

schwankungen) weitestgehend eliminiert ist. Um die Lagerungsverluste in einer Außenmiete

trotzdem abbilden zu können wurde, in dem Projektteil C zusätzlich zur Lagerung im Klima-

container bei 8 °C eine Außenmiete mit einem ansonsten gleichen Versuchsdesign angelegt.

Beim Vergleich der beiden Versuchsergebnisse zeigte sich, dass die Invertzuckergehalte

nach der Lagerung in einer Außenmiete eng mit den Gehalten nach der Lagerung im Klima-

container bei konstanten 8 °C korrelierten (r² = 0,76) (Abb. 9). Das heißt also, dass die Rang-

folge der Ergebnisse ähnlich war. Allerdings waren die Invertzuckergehalte in der Außenmie-

te im Mittel niedriger als bei der Lagerung im Klimacontainer.

15

Invertzucker (mmol kg-1 FM)Klimacontainer 8 °C

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Inve

rtzu

cker

(m

mo

l kg

-1 F

M)

Auß

enm

iete

0

20

40

60

80

100

120

140

160

y = 0.75 x - 0,11r² = 0,76***

Abb. 9: Beziehung zwischen dem Invertzuckergehalt von Zuckerrüben nach der Lagerung in einer Außenmiete und in einem Klimacontainer bei konstant 8 °C. 6 Zuckerrübengenotypen, 4 Umwelten (2 Standorte in 2012 und 2013), Lagerung für 8 und 12 Wochen, Mittel über unbeschädigte und beschädigte Variante, Beschädigung mit Erdabreinigungstrommel, *** signifikant bei p ≤ 0,001.

Nach der Lagerung war ein deutlicher oberflächlicher Befall mit Fäulen und Schimmel zu

erkennen, zudem zeigten sich genotypische Unterschiede im Befall mit Pathogenen (Abb.

10). So gab es Genotypen mit 12 % befallener Oberfläche, andere dagegen wiesen einen

doppelt so hohen Befall (24 %) auf. Der Invertzuckergehalt der Genotypen nach der Lage-

rung zeigte einen engen Zusammenhang mit dem Befall mit Pathogenen. Der Invertzucker-

gehalt nach der Lagerung war demnach umso höher, je höher der oberflächliche Befall der

Genotypen mit Pathogenen war (r² = 0.55).

16

Oberflächlicher Befall mit Pathogenen (%)nach Lagerung

0 8 12 16 20 24 28

Inve

rtzu

cker

geh

alt

(mm

ol k

g-1

FM

)na

ch L

ager

ung

0

5

10

15

20

25

30

35

y = 1,28 x - 6,08 r² = 0,55***

Abb. 10: Beziehung zwischen dem Invertzuckergehalt und dem oberflächlichen Befall mit Pathogenen nach der Lagerung von 18 Zuckerrübengenotypen. Mittel über 4 Umwelten (2 Standorte in 2011 und 2012), Lagerung für 8 und 12 Wochen im Klimacontai-ner bei konstant 8 °C, eine Umwelt Lagerung nur für 12 Wochen, signifikant bei p ≤ 0,001.

Es wurde vermutet, dass der Markgehalt vor der Lagerung, also die unlöslichen Zellwandbe-

standteile, einen Einfluss auf den Befall mit Pathogenen während der Lagerung und damit

auf die Lagerungsverluste von Zuckerrübengenotypen haben könnte. Zunächst zeigte sich

eine signifikante Differenzierung im Markgehalt zwischen den Genotypen (Abb. 11). Der Ge-

notyp mit dem höchsten Markgehalt lag bei 5 % und der mit dem geringste bei 4 %. Die Um-

welt hatte einen stärkeren Einfluss auf den Markgehalt als der Genotyp, allerdings war die

Interaktion von Genotyp und Umwelt sehr gering. Die absolute Höhe des Markgehaltes war

zwar in jeder Umwelt unterschiedlich, die Rangfolge der Genotypen im Markgehalt beim An-

bau in verschiedenen Umwelten war allerdings nahezu identisch. Im Mittel über die Umwel-

ten und Lagerungsvarianten hatte der Markgehalt der Genotypen vor der Lagerung einen

signifikanten Einfluss auf den oberflächlichen Befall mit Pathogenen (r² = 0,63) sowie den

Invertzuckergehalt (r² = 0,57) nach der Lagerung. Das bedeutet, dass der Befall mit Patho-

genen sowie der Invertzuckergehalt nach der Lagerung umso geringer waren, je höher der

Markgehalt der Genotypen vor der Lagerung war.

17

Markgehalt (% FM)vor Lagerung

0.0 4.0 4.5 5.0 5.5

Ob

erfl

äch

lich

er B

efal

l m

it P

ath

og

enen

(%

)na

ch L

ager

ung

0

5

10

15

20

25

30

y = - 11,68 x + 69,98 r² = 0,63***

ANOVAMarkgehalt (% FM)  F p GD

Genotyp 59.10 <.0001 0.30

Umwelt 293.31 <.0001

G x U 6.05 <.0001

Markgehalt (% FM)vor Lagerung

0.0 4.0 4.5 5.0 5.5

Inve

rtzu

cker

geh

alt

(mm

ol

kg-1

FM

)na

ch L

age

rung

0

5

10

15

20

25

30

35

y = - 19,51 x + 102,44 r² = 0,57***

Abb. 11: Beziehung zwischen dem oberflächlichen Befall mit Pathogenen (links) bzw. dem Invertzu-ckergehalt (rechts) nach der Lagerung und dem Markgehalt vor der Lagerung von 18 Zucker-rübengenotypen. Mittel über 4 Umwelten (2 Standorte in 2011 und 2012), Lagerung für 8 und 12 Wochen im Klimacontai-ner bei konstant 8 °C, eine Umwelt Lagerung nur für 12 Wochen, *** signifikant bei p ≤ 0,001.

Die Analyse des Markgehalts ist sehr aufwendig. Folglich wurde in diesen Versuchen über-

prüft, ob es ein weiteres Merkmal gibt, das schon bei der Ernte bestimmt werden kann und

ebenfalls Rückschlüsse auf die Lagerungsfähigkeiten der Genotypen liefert. Dabei zeigte

sich ein enger negativer linearer Zusammenhang zwischen dem Markgehalt in der Frisch-

masse (FM) und dem Zuckergehalt in der Trockenmasse (TM) von den 18 Zuckerrübenge-

notypen (r² = 0,83) (Abb. 12). Das heißt also, dass bei diesen Genotypen ein niedriger Zu-

ckergehalt in der TM einen hohen Markgehalt in der FM bedeutete. Wie auch bei dem Mark-

gehalt zeigte die statistische Auswertung, dass der Genotyp einen signifikanten Einfluss auf

den Zuckergehalt in der TM vor der Lagerung hatte. Die Umwelt hatte zwar den stärksten

Einfluss, aber dies bei einer sehr geringen Genotyp x Umwelt Interaktion, sodass auch die-

ses Merkmal sehr stabil ist.

18

ZG in TM (%)vor Lagerung

0 74 76 78 80 82

Ma

rkg

eh

alt

in

FM

(%

)vo

r La

geru

ng

0.0

4.0

4.5

5.0

y = - 0,19 x + 19,35 r² = 0,83***

ANOVAMarkgehalt (% FM)  F p GD

Genotyp 59.10 <.0001 0.30

Umwelt 293.31 <.0001

G x U 6.05 <.0001

ANOVAZuckergehalt (% TM)  F p GD

Genotyp 31.36 <.0001 1.23

Umwelt 31.28 <.0001

G x U 3.01 <.0001

U = Umwelt: Standort x Jahr, G = Genotyp, GD = Grenzdifferenz nach Tukey‐Test  , α = 0.05

Abb. 12: Beziehung zwischen dem Markgehalt in Frischmasse und dem Zuckergehalt in der Trocken-masse vor der Lagerung von 18 Zuckerrübengenotypen. Mittel über 4 Umwelten (2 Standorte in 2011 und 2012), FM = Frischmasse, TM = Trockenmasse, GD zeigt signifikante Unterschiede im Markgehalt in FM und Zuckergehalt in TM zwischen den Genoty-pen im Mittel über die Umwelten. *** signifikant bei p ≤ 0,001.

Da der ZG in der FM routinemäßig analysiert wird und keine zusätzliche Trockenmassebe-

stimmung erforderlich ist, wäre dieses Merkmal noch einfacher zu bestimmen als der ZG in

der TM. In diesen Versuchen zeigte sich allerdings kein enger Zusammenhang zwischen

dem Zuckergehalt in der FM und dem Zuckergehalt in der TM bei den 18 Genotypen (Abb.

13) und somit auch kein Zusammenhang zum Markgehalt vor der Lagerung bzw. dem Befall

mit Pathogenen oder dem Invertzuckergehalt nach der Lagerung (Daten nicht gezeigt).

19

ZG (%TM)vor Lagerung

0 74 76 78 80 82

ZG

(%

FM

)vo

r La

geru

ng

0

18

19

20

21

y = 0,08 x + 12,74 r² = 0,04 n.s.

Abb. 13: Zusammenhang zwischen dem Zuckergehalt in der Frischmasse und dem Zuckergehalt in der Trockenmasse vor der Lagerung von 18 Zuckerrübengenotypen. Mittel über 4 Umwelten (2 Standorte in 2011 und 2012), FM = Frischmasse, TM = Trocken-masse. n.s. = nicht signifikant.

Der Zusammenhang zwischen dem Invertzuckergehalt nach der Lagerung und dem Markge-

halt vor der Lagerung konnte nicht nur im Mittel über die Umwelten sondern auch bei der

separaten Analyse in jeder Umwelt gezeigt werden. Aufgrund des engen Zusammenhangs

zwischen dem Markgehalt in FM und dem ZG in TM wurde diese Beziehung für jede Umwelt

auch in Abhängigkeit vom ZG in TM dargestellt. Der Hintergrund ist, dass der Markgehalt der

Genotypen in Zukunft in mehreren Umwelten bestimmt werden könnte, um damit bereits bei

der Ernte Rückschlüsse auf die Lagerungsfähigkeit der Genotypen ziehen zu können. Dazu

wurden die Invertzuckergehalte der Genotypen je Umwelt in Beziehung zum Markgehalt in

FM bzw. ZG in TM je Genotypen im Mittel über die Umwelten abgebildet (Abb. 14). Die

Rangfolge der Genotypen im Markgehalt in FM bzw. ZG in TM war demnach bei jeder Um-

welt die gleiche, nur die Höhe der Invertzuckergehalte ist in Abhängig von der Umwelt unter-

schiedlich.

An den Umwelten 1 und 3 wurden insgesamt die höchsten Invertzuckergehalte gefunden

und die Variation zwischen den Genotypen war hier, im Vergleich zu den anderen beiden

Umwelten, am größten. Bei diesen Umwelten mit insgesamt hohen Invertzuckergehalten

nach der Lagerung zeigte sich ein enger negativer Zusammenhang zwischen dem Invertzu-

ckergehalt der Genotypen nach der Lagerung und dem Markgehalt in der Frischmasse (Um-

welt 1 r² = 0,61; Umwelt 3 r² = 0,39) bzw. dem Zuckergehalt in der Trockenmasse (Umwelt 1

r² = 0,68; Umwelt 3 r² = 0,62) vor der Lagerung. Bei den Umwelten mit insgesamt geringen

20

Invertzuckergehalten (U2 und U4) nach der Lagerung war dieser Zusammenhang sehr

schwach bzw. lag nicht vor.

Zuckergehalt (% TM)Mittel über 4 Umwelten

vor Lagerung(GD 1,23)

0 74 75 76 77 78 79 80 81

Inve

rtzu

cke

r (m

mo

l kg

-1 F

M)

je U

mw

elt

na

ch L

ager

ung

0

10

20

30

40

50

60

70

Markgehalt (% FM)Mittel über 4 Umwelten

vor Lagerung(GD 0,30)

0.0 4.0 4.5 5.0 5.5

Inve

rtzu

ck

er

(mm

ol k

g-1

FM

)je

Um

we

ltn

ach

Lag

erun

g

0

10

20

30

40

50

60

70

Umwelt 1y = - 44,08 x + 217,78r² = 0,61***GD 19,15

Umwelt 3y = - 23,47 x + 123,59r² = 0,39**GD 12,04

Umwelt 4y = 1,49 x - 1,34r² = 0,05 n.s.GD 3,47

Umwelt 2y = - 7,31 x + 47,02r² = 0,28*GD 11,92

Umwelt 1y = 9,93 x - 743,79r² = 0,68***GD 19,15

Umwelt 3y = 6,25 x - 463,1r² = 0,62***GD 12,04

Umwelt 4y = - 0,30 x + 28,43r² = 0,05 n.s.GD 3,47

Umwelt 2y = 1,65 x - 113,12r² = 0,32*GD 11,92

Umwelt 4Umwelt 3

Umwelt 1Umwelt 2

Umwelt 4Umwelt 3

Umwelt 1Umwelt 2

Abb. 14: Zusammenhang zwischen dem Invertzuckergehalt von 18 Zuckerrübengenotypen nach der Lagerung von jeder Umwelt und dem Markgehalt in Frischmasse (links) bzw. dem Zuckerge-halt in Trockenmasse (rechts) vor der Lagerung als Mittel über 4 Umwelten. 2 Standorte in 2011 und 2012). Lagerung für 8 und 12 Wochen im Klimacontainer bei konstant 8 °C, Umwelt 2 Lagerung nur für 12 Wochen, FM = Frischmasse, TM = Trockenmasse; GD = Grenzdifferenz nach Tukey-Test stellt signifikante Unterschiede zwischen Genotypen dar (Markgehalt: im Mittel über Umwelten, Invertzuckergehalt je Umwelt), *, **, *** signifikant bei p ≤ 0,05, 0,01, und 0,001, n.s. = nicht signifikant.

Die im Projektteil A) gezeigten Ergebnisse bezüglich des Zusammenhangs zwischen Mark-

gehalt in FM bzw. dem Zuckergehalt in TM und dem Befall mit Pathogenen bzw. dem Invert-

zuckergehalt nach der Lagerung konnten auch anhand der 6 Genotypen aus Projektteil C

bestätigt werden. Zunächst zeigte sich, dass eine zusätzliche Beschädigung im Vergleich zur

unbeschädigten Variante zu einem höheren Befall mit Pathogenen (Abb. 15) und zu höheren

Invertzuckergehalten (Abb. 16) geführt hat. Außerdem war die Differenzierung im Invertzu-

ckergehalt zwischen den Genotypen bei der beschädigten Variante deutlich größer als bei

der unbeschädigten Variante. Desweiteren lag auch bei den 6 Genotypen eine Beziehung

zwischen dem oberflächlichen Befall mit Pathogenen bzw. dem Invertzuckergehalt nach der

Lagerung und dem Markgehalt in FM (Abb. 15 links und Abb. 16 links) bzw. dem ZG in TM

(Abb. 15 rechts und Abb. 16 rechts) vor der Lagerung vor.

21

Markgehalt (% FM)Mittelwert über Beschädigungsvarianten

vor Lagerung(GD 0.23)

0.0 4.0 4.5 5.0

Bef

all

mit

Pat

ho

gen

en (

%)

nach

Lag

erun

g

0

10

20

30

40

50

y = 24,72 x + 118,51r² = 0,38 n.s.

y = - 30,51 x + 157,08 r² = 0,49 n.s.

Unbeschädigte VarianteBeschädigte Variante

ZG (% TM)Mittel über Beschädigungsvarianten

vor Lagerung(GD 0.55)

0 74 76 78 80 82

Bef

all

mit

Pa

tho

gen

en (

%)

nac

h La

geru

ng

0

10

20

30

40

50

y = 5,51 x - 406,94 r² = 0,55 n.s.

y = 6,57 x - 474,32r² = 0,66*

Abb. 15: Einfluss einer zusätzlichen Beschädigung auf den Pathogenbefall von 6 Zuckerrübengenoty-pen nach Lagerung in Abhängigkeit vom Markgehalt in FM (links) und Zuckergehalt in TM (rechts) vor Lagerung. Mittel über 4 Umwelten (2 Standorte 2012, 2013), Lagerung für 8 und 12 Wochen im Klimacontainer bei konstant 8 °C, FM = Frischmasse, TM = Trockenmasse; GD = Grenzdifferenz nach Tukey-Test stellt sig-nifikante Unterschiede zwischen Genotypen im Markgehalt im Mittel über die Umwelten und beschädi-gungsvarianten dar, * signifikant bei p ≤ 0,05, n.s. = nicht signifikant.

Markgehalt (% FM)Mittelwert über Beschädigungsvarianten

vor Lagerung(GD 0.23)

0.0 4.0 4.5 5.0

Inve

rtzu

cke

rge

ha

lt (

mm

ol

kg-1

FM

)na

ch L

age

run

g

0

20

40

60

80

y = - 42,65 x + 197,20r² = 0,71 *

y = - 56,12 x + 289,55r² = 0,29 n.s.

Unbeschädigte VarianteBeschädigte Variante

ZG (% TM)Mittel über Beschädigungsvarianten

vor Lagerung(GD 0.55)

0 74 76 78 80 82

Inve

rtzu

cker

geh

alt

(mm

ol

kg-1

FM

)n

ach

Lage

rung

0

20

40

60

80y = 10,81 x - 773,48 r² = 0,31 n.s.

y = 8,17 x - 606,01r² = 0,76*

Abb. 16: Einfluss einer zusätzlichen Beschädigung auf den Invertzuckergehalt von 6 Zuckerrübenge-notypen nach Lagerung in Abhängigkeit vom Markgehalt in FM (links) und Zuckergehalt in TM (rechts) vor Lagerung. Mittel über 4 Umwelten (2 Standorte in 2012 und 2013), Lagerung für 8 und 12 Wochen im Klimacontai-ner bei konstant 8 °C, FM = Frischmasse, TM = Trockenmasse; GD = Grenzdifferenz nach Tukey-Test stellt signifikante Unterschiede zwischen Genotypen im Markgehalt im Mittel über die Umwelten und be-schädigungsvarianten dar, * signifikant bei p ≤ 0,05, n.s. = nicht signifikant.

22

Somit waren Genotypen mit einem hohen Markgehalt in FM bzw. geringen ZG in TM weniger

mit Pathogenen befallen und wiesen geringere Invertzuckergehalte nach der Lagerung auf.

Dieser Zusammenhang war bei der unbeschädigten Variante enger, da die Invertzuckerge-

halte nicht so streuten.

Eine weitere Ursache für die genotypischen Unterschiede im Invertzuckergehalt nach der

Lagerung könnte darin liegen, dass genotypische Unterschiede in der Anfälligkeit gegenüber

Beschädigungen bestehen. Sowohl bei den Rüben der unbeschädigten als auch bei der be-

schädigten Variante wurden allerdings keine signifikanten genotypischen Unterschiede im

Anteil der beschädigten Oberfläche, dem Durchmesser des Spitzenbruchs und des

Köpfschnitts gefunden (Abb. 17). Folglich ergab sich auch kein Zusammenhang zwischen

der Stärke der Beschädigung der Genotypen und deren Invertzuckergehalt nach Lagerung

(Daten nicht gezeigt).

Genotyp

A B C D E F

Ant

eil b

esch

ädig

ter

Öbe

rflä

che

(%)

0

10

20

30

40

50

60unbeschädigte Variantebeschädigte Variante

Genotyp

A B C D E F

Dur

chm

esse

r S

pitz

enbr

uch

(cm

)

0

2

4

6unbeschädigte Variantebeschädigte Variante

Genotyp

A B C D E F

Dur

chm

ess

er K

öpfs

chni

tt (c

m)

0

6

7

8unbeschädigte Variantebeschädigte Variante

Abb. 17: Einfluss einer zusätzlichen Beschädigung auf den Anteil der beschädigten Oberfläche (links), den Durchmesser des Spitzenbruchs (Mitte) und des Köpfschnitts (rechts) von 6 Zuckerrü-bengenotypen vor der Lagerung. Mittel über 4 Umwelten (2 Standorte in 2012 und 2013), vertikale Balken markieren die Stan-dardabweichung.

Abschließend sollte in diesem Projekt analysiert werden, ob es einen Zusammenhang zwi-

schen dem Invertzuckergehalt nach der Lagerung und beim Anbau unter Stressbedingungen

in Südeuropa gibt. Zunächst zeigten sich signifikante genotypische Unterschiede im Invert-

zuckergehalt beim Anbau unter Stressbedingungen in Südeuropa. Außerdem gab es sowohl

bei den Lagerungsversuchen mit 18 (Abb. 18 links) als auch mit 6 Genotypen (Abb. 18

rechts) einen positiven Zusammenhang zwischen dem Invertzuckergehalt nach der Lage-

rung und beim Anbau unter Stressbedingungen in Südeuropa. Das heißt also, dass bei den

Genotypen, die beim Anbau unter Stressbedingungen einen hohen Invertzuckergehalt hat-

ten, auch während der Lagerung viel Invertzucker angereichert wurde.

23

Invertzucker bei der Ernte in Südeuropa(mmol kg-1)

0 6 7 8 9 10

Inve

rtzu

cker

nac

h d

er L

ager

un

g(m

mol

kg-1

)

0

10

15

20

25

30

35

y = 3,56 x - 9,35r² = 0,31**

ANOVAInvertzuckergehalt Südeuropa (mmol kg‐1)

Faktor FG F ‐Wert p ‐ valueGenotyp 17 2.65 0.0012Standort 1 418.47 0.0001G x O 17 1.32 0.1451

Invertzucker bei der Ernte in Südeuropa

(mmol kg-1)

0 6 7 8 9 10

Inve

rtzu

cker

nac

h d

er L

ager

un

g(m

mol

kg-1

)

0

10

20

30

40

50

60

y = 8,29 x - 24,35r² = 0,58 n.s.

Abb. 18: Zusammenhang zwischen Invertzuckergehalt nach der Lagerung und dem Invertzuckerge-halt beim Anbau unter Stressbedingungen in Südeuropa bei 18 Zuckerrübengenotypen (links) und 6 Zuckerrübengenotypen (rechts). Invertzuckergehalt nach der Lagerung = Mittel über Lagerung für 8 und 12 Wochen im Klimacontainer bei konstant 8 °C, links: Mittel über 4 Umwelten (2 Standorte in 2011 und 2012), eine Umwelt Lagerung nur für 12 Wochen, rechts: Mittel über 4 Umwelten ( 2 Standorte in 2012 und 2013), Mittel über unbe-schädigte und beschädigte Variante, zusätzliche Beschädigung in Erdabreinigungstrommel, Invertzu-cker Südeuropa: Mittel über 2 Umwelten (2 Standorte in 2012/13), an einer Umwelt 2 Erntetermine, ** signifikant bei p ≤ 0,01, n.s. = nicht signifikant..

Diskussion

Während der Lagerung von Zuckerrüben kommt es zu Lagerungsverlusten, d.h. zu Zucker-

verlusten und zur Anreicherung von Invertzucker, der die Verarbeitungsqualität der Rüben in

der Fabrik sehr stark beeinträchtigt (Kenter & Hoffmann, 2007). Laut einer mündlichen Mittei-

lung von Windt (2014) wirken sich bereits Invertzuckergehalte von 15 bis 20 mmol kg-1 FM

nachteilig auf die Zuckergewinnung aus. Schon nach der Lagerung für 8 Wochen bei kon-

stanten 8 °C Lagerungstemperatur wurden Invertzuckergehalte erreicht, die deutlich über

diesem Niveau lagen. An einer Umwelt lag der höchste Invertzuckergehalt bei 40 mmol kg-1,

nach 12 Wochen wurde sogar ein doppelt so hoher Wert erreicht. Diese Ergebnisse zeigen

also, dass es von besonderer Bedeutung ist, Zuckerrüben mit einer hohen Lagerungsstabili-

tät anzubauen, um die Lagerungsverluste so weit wie möglich zu reduzieren.

Ziel dieses Projektes war es zu analysieren, A) ob es genotypische Unterschiede in den La-

gerungsverlusten von Zuckerrüben gibt und wie stark der Einfluss vom Genotyp im Vergleich

zur Umwelt (Standort x Jahr) auf die Lagerungsverluste ist. Desweiteren soll analysiert wer-

den, B) welche Faktoren die genotypischen Unterschiede verursachen und der Einfluss einer

zusätzlichen Beschädigung soll bewertet werden. Abschließend soll geklärt werden, C) ob es

24

ein Kriterium gibt, mit dem die Lagerungsfähigkeit von Zuckerrüben schon bei der Ernte be-

stimmt werden kann.

Die Ermittlung der Zuckerverluste ist im Gegensatz zur Messung des Invertzuckergehaltes

sehr aufwendig, da verschiedene Parameter vor und nach der Lagerung bestimmt werden

müssen. In diesen Versuchen wurde allerdings ein sehr enger positiver Zusammenhang zwi-

schen dem Invertzuckergehalt und dem Zuckerverlust bei der Lagerung festgestellt. Folglich

stellt sich der Invertzuckergehalt als ein einfaches, aber trotzdem genaues Maß zur Bewer-

tung der Lagerungsstabilität von Zuckerrüben dar. Somit werden im weiteren Teil der Ar-

beit überwiegend die Invertzuckergehalte zur Analyse der Lagerungsverluste von Zuckerrü-

ben berücksichtigt.

Bei der Ernte waren die Invertzuckergehalte sehr gering und lagen unter 10 mmol kg-1 FM.

Es gab kaum Unterschiede zwischen den Umwelten und nur geringe, allerdings signifikante

Unterschiede zwischen den Genotypen an einer Umwelt. Dies bedeutet, dass die Wahl einer

Sorte mit geringen Invertzuckergehalten zu diesem Zeitpunkt noch keine entscheidende Rol-

le spielt. Mit zunehmender Lagerdauer stieg der Invertzuckergehalt deutlich an und es zeig-

ten sich signifikante Unterschiede zwischen den Umwelten und den Genotypen. Hierbei war

besonders auffällig, dass an den Umwelten, an denen insgesamt hohe Invertzuckergehalte

auftraten, auch die größte Differenzierung zwischen den Genotypen auftrat. Dies bedeutet

also, dass vor allem in solchen Umwelten die Wahl einer Sorte mit geringen Verlusten bzw.

Invertzuckergehalten von essentieller Bedeutung wäre, um die Lagerung von Zuckerrüben

so effizient wie möglich zu gestalten. Obwohl es bereits bei der Ernte signifikante Unter-

schiede im Invertzuckergehalt der Genotypen gab, lag allerdings kein Zusammenhang zwi-

schen dem Invertzuckergehalt bei der Ernte und nach der Lagerung vor (Daten nicht ge-

zeigt). Das heißt also, dass die Invertzuckergehalte der Genotypen bei der Ernte keinen

deutlichen Einfluss auf den Invertzuckergehalt der Genotypen nach der Lagerung haben.

Wie erwartet, zeigten sich auch beim Zuckerverlust nach der Lagerung signifikante ge-

notypische Unterschiede bei einer geringen Interaktion von Genotyp und Umwelt sowie

der Lagerungsperiode. Relativ zum Mittel der Genotypen zeigte sich eine sehr große Diffe-

renzierung zwischen den Genotypen von 40 bis 160 %, die bei Sortenversuchen normaler-

weise nicht so extrem auftritt (Wolf, 1995). Dies deutet also auf ein erhebliches genetisches

Potenzial hin, mit dem die Lagerungsverluste von Zuckerrüben reduziert werden könnten.

Die Umwelt (Standort x Jahr), die zusätzliche Beschädigung und die Dauer der Lagerungs-

periode hatten einen deutlich stärkeren Einfluss auf den Invertzuckergehalt und den Zucker-

verlust nach der Lagerung als der Genotyp, wie auch von Klotz et al. (2004), Campbell &

Klotz (2007), Imura et al. (1986), Wiltshire & Cobb (2000) und Kenter et al. (2006) festge-

stellt wurde. Die Interaktionen zum Genotyp waren allerdings ausgesprochen gering und das

Ranking der Genotypen über die Umwelten relativ konstant, so dass die genotypischen Ef-

fekte als sehr stabil angesehen werden können und eine Selektion auf lagerstabile Sorten

möglich ist.

25

Bisher konnte nicht festgestellt werden, welche Faktoren den starken Umwelteffekt verursa-

chen. Der Effekt der Umwelt konnte weder auf den Erdanhang noch die Rübengröße, den

Trockensubstanzgehalt oder auf die Stärke der Beschädigung der Rüben bei der Ernte zu-

rückgeführt werden (Daten nicht gezeigt). Kenter & Hoffmann (2008), Gaskill (1950a), Smith

& Ruppel (1971) vermuten, dass Trockenstress vor der Lagerung oder ein Befall mit dem

Blattfleckenerreger Cercospora beticola die Anfälligkeit von Zuckerrüben für Lagerfäulen und

damit die Lagerungsverluste erhöht. In weiteren Versuchen sollte unbedingt näher charakte-

risiert werden, durch welche Faktoren sich Umwelten/Standorte auszeichnen, an denen ge-

ringe Lagerungsverluste zu erwarten sind, damit dies bei der Kampagneplanung berücksich-

tigt werden kann.

Die zusätzliche Beschädigung führte im Vergleich zur unbeschädigten Variante nicht nur zu

fast doppelt so hohen Invertzuckergehalten, sondern auch zu einer stärkeren Differenzierung

im Invertzuckergehalt nach der Lagerung zwischen den Genotypen. Durch die zusätzliche

Beschädigung kam es zu vermehrten Wundheilungsprozessen sowie zu einer stärkeren Be-

siedlung mit Mikroorganismen, sodass vermehrt Zucker abgebaut wurde (Imura et al., 1986;

Wiltshire & Cobb, 2000; Kenter et al., 2006). Diese Ergebnisse zeigen zum einen, dass es

von besonderer Bedeutung ist, die Zuckerrüben so schonend wie möglich zu ernten, zu ver-

laden und zu transportieren, zum anderen, dass gerade bei extremen Bedingungen mit star-

ken Beschädigungen an den Rüben ein enormes Potenzial darin liegt, die Lagerungsverluste

zu reduzieren, wenn eine Sorte mit hoher Lagerungsstabilität angebaut wird.

Die Rüben wurden im Klimacontainer bei konstant 8 °C gelagert, da so der Einfluss des Ge-

notyps auf die Lagerungsverluste exakt quantifiziert werden konnte. Der Einfluss anderer

Faktoren, die die Lagerungsverluste beeinflussen, wie Nord-Südausrichtung der Miete und

damit verbunden die Sonneneinstrahlung, oder der Niederschlagseintrag in die Miete konnte

dadurch eliminiert werden. In der Praxis sind die Rüben jedoch fluktuierenden Temperaturen

zwischen Tag/Nacht sowie im Verlauf der Zeit ausgesetzt. Um zu prüfen, welchen Einfluss

dieser Temperaturwechsel auf die Lagerungsverluste hat, wurden die Rüben auch in Au-

ßenmieten gelagert. Es zeigte sich ein enger Zusammenhang zwischen den Lagerungsver-

lusten im Klimacontainer bei konstant 8 °C und in einer Außenmiete, sodass die Ergebnis-

se aus dem Klimacontainer sehr gut auf Bedingungen in der Praxis, also auf Mieten im Feld,

übertragen werden können. Die Höhe der Lagerungsverluste war bei der Außenmiete aller-

dings etwas geringer als bei der Lagerung im Klimacontainer. Dies ist darauf zurück zufüh-

ren, dass die durchschnittliche Lagerungstemperatur bei der Außenlagerung niedriger war.

Schnepel & Hoffmann (2014), Legrand & Waters (2012) sowie Olsson (2011) haben gezeigt,

dass Lagerungsverluste von der Temperatursumme abhängen. Offensichtlich kommt es also

nicht darauf an, ob diese Temperatursumme durch konstante oder fluktuierende Temperatu-

ren zustande kommt.

Als Ursache für die genotypischen Unterschiede wurden Unterschiede in der Aktivität des

Kohlenhydratstoffwechsels, der Beschädigungsempfindlichkeit und der Anfälligkeit gegen-

über dem Befall mit Pathogenen vermutet. Im Allgemeinen sind Lagerungsverluste immer mit

einem Pathogenbefall korreliert (Bugbee & Cole, 1976; van Swaaij & Huijbregts, 2010;

26

Schnepel & Hoffmann, 2014). In diesem Fall ist es nicht möglich zu differenzieren, ob die

Zuckerverluste durch den enzymatischen Abbau rübeneigener Enzyme oder durch die

Enzyme der Pathogene verursacht wurden (Klotz & Finger, 2004). Diese Differenzierung

muss in weiteren Versuchen unbedingt geklärt werden, um gezielter auf die Lagerungsver-

luste bzw. die Anfälligkeit auf bestimmte Lagerpathogenen zu selektieren. In diesen Versu-

chen zeigten sich in einer Umwelt signifikante genotypische Unterschiede im Invertzucker-

gehalt nach der Lagerung für 8 Wochen bei 8 °C, obwohl die Rüben nicht sichtbar mit Pa-

thogenen befallen waren. Dies deutet demnach darauf hin, dass nicht nur Pathogene, son-

dern auch genotypische Unterschiede in der Aktivität rübeneigener Enzyme und der Respira-

tionsrate zu dieser Differenzierung geführt haben.

Bei den anderen Umwelten und Lagerungsvarianten wurde ein starker Effekt des

Pathogenbefalls auf die Lagerungsverluste deutlich. Dabei zeigten sich deutliche genotypi-

sche Unterschiede in dem oberflächlichen Befall mit Pathogenen (Gaskill, 1950b), wobei

Genotypen mit einem starken Befall auch höhere Invertzuckergehalte nach der Lagerung

aufwiesen. Eine Ursache für die Unterschiede in der Anfälligkeit gegenüber Pathogenen

könnte in der Zellwandbeschaffenheit der Rüben liegen, wie z.B. bei der Resistenz von Zu-

ckerrüben gegenüber Rizoctonia solani (Bugbee, 1990). Der Markgehalt von Zuckerrüben

stellt die unlöslichen Zellwandbestandteile dar und kann demnach als ein Maß für die Zell-

wandbeschaffenheit von Zuckerrüben gesehen werden (Beiß, 1988).

Wie vermutet zeigte sich in diesen Versuchen ein enger negativer Zusammenhang zwischen

dem Befall mit Pathogenen bzw. dem Invertzuckergehalt nach der Lagerung und dem Mark-

gehalt der Genotypen vor der Lagerung. Je höher demnach der Markgehalt der Genotypen

vor der Lagerung war, desto geringer waren der Pathogenbefall und damit die Lagerungsver-

luste von Zuckerrüben. Vermutlich ist die Infektion und Ausbreitung von Pathogenen bei den

Genotypen mit hohem Markgehalt erschwert, was auf eine unspezifische Resistenz hin-

deutet, die zu diesen Unterschieden in den Lagerungsverlusten führt (Poland et al., 2009).

In diesem Zusammenhang wurde weiter angenommen, dass es genotypische Unterschiede

in der Beschädigungsempfindlichkeit von Zuckerrüben gibt. Wenn Genotypen mit hohem

Markgehalt auch eine höhere Gewebestabilität haben, ist anzunehmen, dass sie weniger

beschädigt werden. Somit treten dann weniger Wundheilungsprozesse, weniger Eintrittspfor-

ten für Mikroorganismen und demnach weniger Lagerungsverluste auf (Imura et al., 1986,

Wiltshire & Cobb 2000, Kenter et al., 2006). Es zeigten sich jedoch keine genotypischen Un-

terschiede im Anteil der oberflächlichen Beschädigung, dem Durchmesser des Wurzelspit-

zenbruchs oder beim Köpfschnitt. Folglich wurde auch kein Zusammenhang zwischen der

Stärke der Beschädigung und den Lagerungsverlusten der Genotypen festgestellt, sodass

diese Hypothese nicht belegt werden kann. Nichtsdestotrotz hat die Beschädigung einen

starken Effekt auf die Höhe der Lagerungsverluste, sodass schonende Erntemaßnahmen

und Abreinigungsintensitäten von besonderer Bedeutung sind, um die Verletzung und damit

die Lagerungsverluste zu reduzieren.

27

Neben der Analyse der Ursachen für genotypische Unterschiede in den Lagerungsverlusten

sollte auch festgestellt werden, ob es ein Kriterium gibt, mit dem die Lagerungsfähigkeit von

Zuckerrübensorten schon bei der Ernte bestimmt werden kann. Es zeigte sich, dass in den

Umwelten mit besonders hohen Invertzuckergehalten nach der Lagerung und extremen ge-

notypischen Unterschieden im Invertzuckergehalt ein sehr enger Zusammenhang zum

Markgehalt vor der Lagerung bestand. Dies deutet also darauf hin, dass der Markgehalt vor

der Lagerung als Kriterium zur Selektion auf die Lagerfähigkeit von Zuckerrüben verwendet

werden könnte. In den Umwelten mit insgesamt geringen Invertzuckergehalten und nur ge-

ringen Unterschieden zwischen den Genotypen war dieser Zusammenhang sehr schwach

oder gar nicht vorhanden. Insgesamt wird deutlich, dass insbesondere auf Standorten mit

ungünstigen Bedingungen (Umwelt, Erntetechnik, Beschädigungen, etc.) die Wahl einer Sor-

te mit hoher Lagerungsstabilität von entscheidender Bedeutung ist.

Der Markgehalt ist ein sehr stabiles Merkmal, wie auch schon Kenter & Hoffmann (2009)

gezeigt haben. Die Rangfolge der Genotypen im Markgehalt war über die Umwelten relativ

konstant, wobei die Höhe des Markgehaltes stark von der Umwelt abhing. Da die Analyse-

methode zur Bestimmung des Markgehaltes sehr aufwendig ist, wurde versucht, ein weite-

res, in der Routine analysiertes Merkmal zu finden, mit dem die Lagerungsverluste von Zu-

ckerrüben bewertet werden können. In Versuchen von Kenter & Hoffmann (2009) zeigte

sich, dass der Markgehalt in FM und der ZG in FM positiv korrelieren. Dieser Zusammen-

hang zeigte sich im vorliegenden Versuch allerdings nicht. Demzufolge gab es auch keinen

Zusammenhang zwischen dem ZG in FM vor der Lagerung und dem Invertzuckergehalt

nach der Lagerung (Daten nicht gezeigt). Was sich allerdings zeigte war, dass der Markge-

halt in der FM und der ZG in der TM sehr eng negativ korrelierten. Demzufolge zeigte sich in

den Umwelten mit besonders hohen Invertzuckergehalten und extremen genotypischen Un-

terschieden im Invertzuckergehalt nach der Lagerung auch ein sehr enger Zusammenhang

zum Zuckergehalt in TM vor der Lagerung. Dieser Zusammenhang war sogar stärker als der

zum Markgehalt in der FM. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass der ZG in TM

präziser zu bestimmen ist. Auch in den Versuchen vom Projektteil C) Beschädigungsemp-

findlichkeit konnten diese Ergebnisse anhand der 6 Genotypen sowohl bei unbeschädigten

als auch bei der beschädigten Variante bestätigt werden. Die Ergebnisse deuten also darauf

hin, dass sowohl der Markgehalt in FM als auch der ZG in TM vor der Lagerung als Kriterium

zur Selektion auf die Lagerfähigkeit von Zuckerrüben verwendet werden könnten.

28

Invertzuckergehalt beim Anbau in Südeuropa und nach der Lagerung

Pflanzen reagieren im Allgemeinen auf Stressfaktoren wie Trockenheit, Verwundung oder

den Befall mit Pathogenen mit einer Zunahme der Aktivität des Kohlenhydratstoffwechsels,

wodurch vermehrt Invertzucker gebildet wird (Roitsch, 1999). Auch in diesen Versuchen wie-

sen die Zuckerrübengenotypen, die unter Hitze- und Trockenstressbedingungen in Südeuro-

pa angebaut wurden, signifikante genotypische Unterschiede im Invertzuckergehalt bei der

Ernte auf. Als Ursache für diese Variation werden genotypische Unterschiede im Kohlenhyd-

ratstoffwechsel vermutet (Hoffmann et al., 2009). Während der Lagerung sind die Zuckerrü-

ben ebenfalls physiologischem Stress ausgesetzt, sodass sich ein positiver Zusammenhang

zwischen dem Invertzuckergehalt nach der Lagerung und dem Invertzuckergehalt beim An-

bau in Südeuropa ergab. Bei den Versuchen des Projektteils C) mit 6 Genotypen war dieser

Zusammenhang sogar noch deutlicher. Das heißt also, je höher der Invertzuckergehalt unter

Stressbedingungen war, desto höher war auch der Invertzuckergehalt und somit die Zucker-

verluste nach der Lagerung. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Invertzuckerge-

halt unter Stressbedingungen zur Selektion auf die Lagerungsfähigkeit der Sorten verwendet

werden könnte.

Schlussfolgerungen und Ausblick

Zuckerverluste und die Anreicherung von Invertzucker während der Lagerung vermindern die

Effizienz der Zuckerrübenverarbeitung erheblich. Die vorliegenden Versuche liefern erste

Hinweise, um die Lagerungsverluste von Zuckerrüben zu reduzieren.

Es zeigten sich signifikante genotypische Unterschiede in den Lagerungsverlusten von Zu-

ckerrüben, die in der Züchtung genutzt werden könnten, um die Lagerfähigkeit von Zucker-

rüben wesentlich zu verbessern. Langfristig könnten so die Lagerungsverluste von Zuckerrü-

ben durch den Anbau einer lagerstabilen Sorte vermindert werden. Dies wäre vor allem

im Hinblick auf die mögliche Kampagnenverlängerung und die daraus resultierende Verlän-

gerung der Lagerungsperiode von besonderer Bedeutung.

Aufgrund des engen Zusammenhangs zum Zuckerverlust kann der Invertzucker nach der

Lagerung als Maß für die Lagerungsverluste von Sorten verwendet werden. Somit ist die

Bewertung der Lagerungsfähigkeit von Zuckerrüben deutlich einfacher, da keine aufwendige

Messung des Frischmassegewichtes und des Zuckergehaltes vor und nach der Lagerung

mehr erfolgen muss. In einigen Zuckerfabriken wird der Invertzuckergehalt bereits in der rou-

tinemäßigen Qualitätsanalyse gemessen. Es ist nicht ausgeschlossen, dass der Invertzu-

ckergehalt in Zukunft als zusätzliches Merkmal in die Qualitätsbewertung der Zuckerrüben

einfließen könnte. Gerade dann wird es besonders wichtig sein, die Lagerungsverluste von

Zuckerrüben zu reduzieren und zugleich die Verarbeitungsqualität zu erhalten. Dabei wäre

die Wahl einer Sorte mit geringer Invertzuckerbildung eine Möglichkeit, um die Lagerung von

Zuckerrüben zu optimieren.

29

Die Umwelt (Standort x Jahr) und eine zusätzliche Beschädigung hatten im Vergleich zum

Genotyp den stärksten Einfluss auf die Lagerungsverluste und die Unterschiede zwischen

den Genotypen. Da bisher nicht klar ist, welche Faktoren den starken Umwelteffekt verur-

sachen, muss in weiteren Versuchen unbedingt charakterisiert werden, welche Faktoren

beim Anbau oder bei der Ernte zu besonders hohen Lagerungsverlusten führen. Damit wäre

es in Zukunft möglich, die Lagerfähigkeit der Zuckerrüben für die jeweiligen Umwelten zu

bewerten und dementsprechend eine Empfehlung für eine Kurz- oder Langzeitlagerung der

Zuckerrüben abgeben zu können. Somit könnten die Lagerungsverluste enorm reduziert

werden.

Aufgrund des starken Einflusses der Beschädigung ist es wichtig, dass die Ernte, die Verla-

dung und der Transport der Rüben so schonend wie möglich erfolgen, um die Lagerungsver-

luste zu vermindern. Somit sollte die Erntetechnik/Roderqualität in weiteren wissenschaftli-

chen Versuchen analysiert und optimiert werden. Da die genotypischen Unterschiede in eini-

gen Umwelten und durch eine zusätzliche Beschädigung besonders groß waren, zeigt sich,

dass gerade unter diesen ungünstigen Bedingungen der Anbau einer Sorte mit geringen

Lagerungsverlusten von besonderer Bedeutung wäre, um die Lagerung von Zuckerrüben

deutlich effizienter zu gestalten.

Weiterhin wurden die möglichen Ursachen für die genotypischen Unterschiede in den Lage-

rungsverlusten von Zuckerrüben analysiert. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Ge-

notypen, die vor der Lagerung einen hohen Markgehalt aufwiesen, auch weniger mit Patho-

genen befallen waren und demnach weniger Invertzucker gebildet wurde. Der Markgehalt

stellt die unlöslichen Zellwandbestandteile dar. Folglich wird davon ausgegangen, dass ge-

notypische Unterschiede in der Zellwandbeschaffenheit von Zuckerrüben existieren, die zu

Unterschiede in der Beschädigungsempfindlichkeit, der Infektion und der Ausbreitung von

Pathogenen in dem Rübengewebe geführt haben. Bisher ist allerdings nicht klar, ob dies

allein durch die Höhe des Markgehaltes verursacht wird oder ob es auch Unterschiede in der

Zusammensetzung und der Stabilität der Zellwände gibt.

Gleichzeitig zeigt dieser Zusammenhang, dass der Markgehalt in der Frischmasse vor der

Lagerung als Kriterium verwendet werden könnte, um auf die Lagerungsfähigkeit von Zu-

ckerrüben zu selektieren. Der Markgehalt in der Frischmasse korrelierte sehr eng mit dem

ZG in der Trockenmasse. Dieser ist allerdings einfacher zu bestimmen als der Markgehalt.

Folglich könnten beide Parameter dafür verwendet werden, um eine Vorselektion auf lager-

stabile Sorten zu treffen.

Zusätzlich zum Markgehalt in FM und ZG in TM konnte ein positiver Zusammenhang zwi-

schen dem Invertzuckergehalt beim Anbau unter Stressbedingungen in Südeuropa und nach

der Lagerung festgestellt werden. Somit könnte der Invertzuckergehalt unter Stressbedin-

gungen ebenfalls zur Selektion auf die Lagerungsfähigkeit von Zuckerrübensorten verwen-

det werden und würde die Durchführung aufwendiger Lagerungsversuche überflüssig ma-

chen. In weiteren Versuchen sollte allerdings getestet werden, ob es möglich ist, diese

Stressbedingungen, durch die Rückschlüsse auf die Lagerungsfähigkeit getroffen werden

30

können, auch hier in Deutschland zu induzieren. Damit könnte die Bewertung der Lage-

rungsfähigkeit von Zuckerrüben in Zukunft auch in Deutschland erfolgen. Dies könnte bei-

spielsweise auf Standorten mit besonders hohem Trockenstress, Cercospora- oder Nemato-

denbefall getestet werden.

Insgesamt muss bei der Betrachtung der Ergebnisse berücksichtigt werden, dass in diesem

Projekt extreme Genotypen einbezogen wurden und dass das Projekt nur erste Hinweise

auf die Ursachen für genotypische Unterschiede und für die Selektion auf lagerstabile Sorten

liefert. Diese Ergebnisse müssen also unbedingt mit weiteren Versuchen an weiteren Stan-

dorten, in mehreren Jahren und mit weiteren Genotypen validiert werden. In diesen Versu-

chen wurden die extremen Genotypen an Hand ihres Invertzuckergehaltes ausgewählt. In

einem Folgeprojekt wäre es also nötig, Genotypen nach ihrer Variation im Markgehalt vor

der Lagerung zu selektieren, um dann deren Lagerungsfähigkeit zu testen, um die Hypothe-

sen und die in diesen Versuchen gewonnenen Ergebnisse zu bestätigen.

Außerdem sollten in zukünftigen Versuchen zwei weitere Schwerpunkte bearbeitet werden.

Zum einen sollten weiterhin extreme Genotypen analysiert werden, um für die Züchtung

entsprechende Selektionskriterien entwickeln zu können. Zum anderen sollten auf dem Mark

zur Verfügung stehende Sorten analysiert werden, um auch hier die Bedeutung des Geno-

typs auf die Lagerungsverluste abbilden zu können und um somit die praktische Relevanz

der Sortenunterschiede bei der Lagerung für den Anbau von Zuckerrüben herausstellen zu

können.

Abschließen kann festgehalten werden, dass die Lagerungsverluste von vielen verschiede-

nen Faktoren beeinflusst werden, die teilweise einen deutlich stärkeren Einfluss haben als

der Genotyp. Dies stellt sich allerdings auch bei der Ernte im Bezug auf den Zuckerertrag

und die Qualitäten beim Anbau im Feld dar. Nichtsdestotrotz erlangt der Genotyp insbeson-

dere unter ungünstigen Bedingungen eine besondere Bedeutung, um die Lagerung von Zu-

ckerrüben zu optimieren und sollte daher unbedingt weiter erforscht werden.

31

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33

Transfer in die Wissenschaft und Wirtschaft Projektteil A und C

Präsentationen

• Schnepel, K. (2013): Genotypische Variabilität in der Lagerungsfähigkeit von Zucker-

rüben. 11. Göttinger Zuckerrübentagung, 05.09.2013, Göttingen.

• Schnepel, K. (2014): Verminderung der Lagerungsverluste durch Verbesserung der

Lagerstabilität von Zuckerrübensorten. Arbeitskreis Sorten, 20.05.2014, Bonn.

• Schnepel, K. (2014): Storage losses of sugar beet - influence of the genotype and cri-

teria for selection. IIRB Study Group Meeting Beet Quality and Storage, 7.06.2014,

Tienen, B.

• Schnepel, K. (2011, 12, 13, 14): Projektvorstellung und aktuelle Ergebnisse. GFP

Jahrestagung in Bonn, 2011, 2012, 2013, 2014.

Publikationen

• Schnepel, K. und Hoffmann, C. (2012): Genotypische Unterschiede im Zuckerabbau

bei der Lagerung von Zuckerrüben. Tagungsband GPW Tagung, 24. - 27.09.2012,

Berlin.

• Schnepel, K. and Hoffmann, C. (2013): Calculation of invert sugar content based on

the glucose content of sugar beet. Sugar Industry 138, 463 - 470.

• Schnepel, K. und Hoffmann, C. (2013): Lagerungsverluste vom Genotyp abhängig.

Zuckerrübe 6, 30 - 36.

• Schnepel, K. und Hoffmann, C. (2013): Genotypische Variabilität in der Lagerungsfä-

higkeit von Zuckerrüben. Sugar Industry 138, Sonderheft zur 11. Göttinger Zuckerrü-

bentagung, 77 - 86.

• Schnepel, K. and Hoffmann, C. (2014): Genotypic variability in the storability of sugar

beet. Sugar Industry 139, 302 - 310.

• Schnepel, K. and Hoffmann, C.: Parameters to estimate the storability of sugar beet

genotypes at harvest (Manuskript in Vorbereitung).

• Schnepel, K. and Hoffmann, C.: Impact of damage on storage losses of sugar beet

varieties (Manuskript in Vorbereitung).

Poster

• Schnepel, K. und Hoffmann, C. (2012): Genotypische Unterschiede im Zuckerabbau

bei der Lagerung von Zuckerrüben. GPW Tagung, 24. - 27.09.2012, Berlin.

• Schnepel, K. und Hoffmann, C. (2013): Kann der Invertzuckergehalt anhand des

Glucosegehaltes von Zuckerrüben berechnet werden? DGQ Tagung, 18. -

19.03.2013, Göttingen.

34

• Schnepel, K. and Hoffmann, C. (2014): Formula to calculate the invert sugar content

based on the glucose content of sugar beet. IIRB Congress, 01. - 03.06.2014, Dres-

den.

• Schnepel, K. and Hoffmann, C. (2014): Estimation of the storability of sugar beet

genotypes. IIRB Congress, 01. - 03.06.2014, Dresden.

35

Projektteil B:

Genotypische Unterschiede im Befall mit saprophytischen und

pflanzenpathogenen Mikroorganismen im Verlauf der Vegetation

und im Lager

Einleitung

Die durchschnittliche Kampagnedauer in den wichtigsten EU-Ländern liegt aktuell zwischen

103 und 160 Tagen, mit einer durchschnittlichen Lagerdauer von 60 Tagen (Büsching und

Wollenweber, 2012). Eine verlängerte Kampagne durch Ausdehnung des Lagerungszeit-

raums ist ohne Verluste in der Zuckermenge nicht möglich. Jaggard et al. (1997) berichteten

von einem geschätzten täglichen Verlust im Bereinigten Zuckerertrag in Lagerungsversu-

chen, der 0,143 % relativ zur Ausgangsmenge beträgt. Diese Verluste entstehen durch

Stoffwechselprozesse im Rübengewebe, die der Energiegewinnung aus Saccharose dienen.

Des Weiteren können durch Mikroorganismen verursachte Lagerfäulen einen erheblichen

Teil zur Reduktion des Zuckerertrages beitragen. Bugbee und Cole (1976) schätzten den

Anteil verfaulten Gewebes auf 5583 t bei einer Gesamtverarbeitungsmenge von 456.820 t

während einer Rübenkampagne von 128 Tagen. Dies entsprach bereits einem Verlust im

Zuckerertrag von 556,62 t, ohne Berücksichtigung der zusätzlich entstehenden Ausbeutever-

luste in der Fabrik. Auch wenn sich solche Zahlen nicht pauschalisieren lassen, da viele Fak-

toren einen Einfluss darauf haben, wird die Bedeutung von Fäulniserregern für Lagerung von

Zuckerrüben ersichtlich.

Das Auftreten und die Auswirkungen von Lagerfäulen resultieren aus dem Zusammenwirken

verschiedenster Faktoren, wobei der verursachende Erreger eine zentrale Rolle einnimmt.

Demzufolge können nur unter Berücksichtigung der Erregerbiologie Ursachen für das Auftre-

ten identifiziert und Ansatzpunkte für Bekämpfungsstrategien aufgedeckt werden. Für die

Lagerung von Zuckerrüben müssen sämtliche Mikroorganismen, die den Rübenkörper befal-

len und an ihm Fäulnissymptome hervorrufen können, berücksichtigt werden. Die in die Rub-

rik Feld-Pathogene fallenden Mikroorganismen gehören zu den Pflanzenpathogenen, die

unter anderem bekannte Krankheiten wie Schwarzfäule (Aphanomyces cochlioides), Nass-

fäule (Phytophthora spp., Pythium spp.), Späte Rübenfäule (Rhizoctonia solani) und Rotfäule

(Helicobasidium purpureum) hervorrufen können. Bei rechtzeitiger Befallsfeststellung werden

solche Rüben wahrscheinlich in der Praxis kaum gelagert. Auf Grund des nesterweisen Auf-

tretens von Pflanzenpathogenen kann aber eine rechtzeitige Befallsfeststellung schwierig

sein, so dass eine anschließende Lagerung zu erheblichen Verlusten führen würde (Camp-

bell und Klotz, 2006; Campbell et al., 2011, Campbell et al. 2012). Ferner wird ein zusätzli-

36

ches Inokulum in die Miete eingebracht, das sich auf gesunde Rüben ausbreiten kann und

eine zusätzliche Besiedlung mit Sekundär-Pathogenen fördert (Strausbaugh et al., 2011).

Gegenüber den Feld-Pathogenen steht eine Vielzahl an Mikroorganismen Spezies, die man

bisher vornehmlich in gelagerten Rüben gefunden hat. Botrytis cinerea, Penicillium vulpinum

(früher P. claviforme), Phoma betae und Fusarium spp., gehören zu den Pathogenen, die

bereits in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts beschrieben wurden (Bugbee und Cole,

1976). In weiteren Arbeiten konnte mittels Erregerisolierung gezeigt werden, dass während

der Lagerung besonders häufig Arten der Gattung Fusarium wie F. acuminatum, F. cerealis,

F. culmorum, F. graminearum und F. equiseti auftreten (Bosch und Mirocha, 1992; Christ et

al., 2011b). Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass das Fusarium-Spektrum in frisch

geernteten Rüben zunächst nur wenige Arten umfasst und erst während der Lagerung an

Diversität zunimmt, infolgedessen es zu einer Verschiebung innerhalb des

Fusarium-Spektrums kommt (Christ et al., 2011b).

Das bisherige Wissen über das Artenspektrum in gelagerten Zuckerrüben resultiert aus auf-

wendigen Arbeiten, in denen die Erreger in vitro isoliert wurden. Diese Vorgehensweise stellt

eine vorteilhafte Methode dar, wenn mit den Isolaten anschließend weitere Untersuchungen

(z. B. Pathogenitätstest) durchgeführt werden sollen. Ein großer Nachteil besteht jedoch da-

rin, dass häufig nur die Arten mit der größten Konkurrenzfähigkeit isoliert werden, weshalb

mit dieser Methode nie das gesamte Organismenspektrum erfasst werden kann. Aus diesem

Grund kann nicht ausgeschlossen werden, dass es sich bei den hier genannten Erregern,

zumindest teilweise, lediglich um Sekundärbesiedler handelt, und weniger um den eigentli-

chen Verursacher der Fäule. Dies wird an der Vielzahl von Mikroorganismen Isolaten und

Gattungen, welche in verschiedenen Arbeiten isoliert wurden, deutlich (Tallgren et al., 1999;

Strausbaugh und Gillen, 2009a; Christ et al., 2011b).

Eine elegante Möglichkeit zum Multiplex-Nachweis von phytopathogenen Mikroorganismen

stellen molekulare Nachweistechniken dar, die auf Microarray-Technologie basieren

(Lévesque, 2001). Diese Technik ist bereits mehrfach erfolgreich für den parallelen Nach-

weis einer Vielzahl von phytopathogenen Pilzen und Bakterien eingesetzt worden

(Fessehaie et al., 2003; Lévesque et al., 1998; Lievens et al., 2003). Die Methode besitzt

Vorteile gegenüber der klassischen Identifizierungsmethodik, da sie nukleinsäurebasiert

spezifisch die einzelnen Erreger nachweist, auf eine Erregerisolation verzichtet und damit in

der Lage ist, die Vielzahl der genannten Organismen zeitgleich zu detektieren. Darüber hin-

aus erlaubt das nukleinsäurebasierte Verfahren auch die Prozessierung von größeren Ge-

webeproben und Mischproben, z.B. aus gefrorenen Breiproben, welches die Aussagekraft

des Analysenergebnisses erheblich erhöht. Da diese Breiproben in der Routine der Rüben-

qualitätsanalyse anfallen, wird eine zusätzliche Erregeranalyse erheblich vereinfacht. Die

„DNA-array“ Technologie ist jedoch bisher nicht für den Nachweis von relevanten Mikroorga-

nismen in gelagerten Zuckerrüben etabliert.

37

Forschungsziele Projektteile B

Das Projekt umfasste insgesamt drei Arbeitspakete mit unterschiedlichen Schwerpunkten. Im

ersten Arbeitspaket wurde in dreijährigen Lagerungsversuchen der Einfluss von Erntebe-

schädigungen, Genotyp und Umwelt auf das Auftreten von Lagerfäulen untersucht. Das

zweite Paket beinhaltete die Etablierung eines Microarrays, um das

Mikroorganismenspektrum in gelagerten Zuckerrüben in Abh. von Umwelt, Genotyp und La-

gerungsbedingungen zu untersuchen. Zusätzlich wurde im dritten Arbeitspaket ein Bioassay

entwickelt, mit dessen Hilfe genotypische Unterschiede in der Anfälligkeit gegenüber Lager-

fäulen unter Laborbedingungen untersucht werden können.

Material und Methoden

Lagerungsversuche

Anbau der Rüben im Feld, Ernte und Lagerung

In allen Versuchsjahren wurde der Einfluss von Genotyp und Umwelt auf das Auftreten von

Lagerfäulen untersucht. Dafür wurde von jedem Züchter ein Genotyp an 5 (2011), 4 (2012)

und 3 (2013) angebaut. Die Auswahl der Genotypen erfolgte durch die Züchterhäuser. Die

Standorte befanden sich in Niedersachsen, Nordrhein-Westphalen und Sachsen. Im Ver-

suchsjahr 2013 wurden die Zuckerrüben zusätzlich vor der Lagerung stark beschädigt, um

den Befall mit Lagerfäulen zu fördern. Dazu wurden die Zuckerrüben vor der Einlagerung

unter kontrollierten Bedingungen mit Hilfe einer Erdabreinigungstrommel beschädigt (Kenter

et al., 2006). Als Kontrolle diente eine nicht beschädigte Variante. Für den Anbau der Zu-

ckerrüben an den verschiedenen Standorten wurde eine vollständig randomisierte Blockan-

lage ausgewählt. Sämtliche pflanzenbaulichen Maßnahmen erfolgten standortangepasst. Die

Ernte wurde Anfang Oktober entweder maschinell oder manuell (Handernte) durchgeführt.

Nach der Ernte wurden die Rüben zunächst nachgeköpft und sortiert, d.h. zu tief geköpfte

und stark beschädigte Rüben (Bsp. Wurzelspitzenbruch) wurden verworfen. Dadurch konnte

sichergestellt werden, dass ausschließlich äußerlich gesund erscheinende Rüben eingela-

gert werden. Nach der Sortierung wurden die Zuckerrüben auf die einzelnen Versuchsglieder

verteilt, wobei jedes Versuchsglied 5 (2011) oder 6 (2012 und 2013) Wiederholungen um-

fasste. Dabei setzte sich eine Wiederholung aus 20 Rüben zusammen, die in einem Kartof-

felsack gelagert wurden. Um die Gewichtsverluste und den bereinigten Zuckerertrag zu be-

rechnen, erfolgte sowohl vor als auch nach der Lagerung die Erfassung der Frischmasse für

jede Wiederholung. Nach der Sortierung wurden die Rüben bei konstant 8°C bzw. 20°C im

Klimacontainer für 103 (2011), 91 (2012) und 97 Tage (2013) eingelagert. Zusätzlich wurde

eine Außenmiete (alternierende Lagerungstemperatur) angelegt, um praxisähnliche Bedin-

gungen zu simulieren. Diese wurde mit Randsäcken bedeckt und ab Ende November zusätz-

lich mit einem Fließ, um Frostschäden zu verhindern.

38

Bonitur, Probenahme und Qualitätsanalyse

Um eine genaue Abschätzung der Ausprägung von Lagerfäulen zu erzielen, erfolgte die Bo-

nitur auf Lagerfäulen im Längsschnitt. Dazu wurden die Rüben nach der Auslagerung mit

Hilfe eines Fallbeils im Längsschnitt halbiert. Anschließend wurde an einer Hälfte der Rübe

der Anteil verfaulter Fläche (%) visuell geschätzt. Danach wurden die Rüben maschinell ge-

waschen und zu Brei verarbeitet. Für die Bestimmung des Mikroorganismenspektrums in

gelagerten Zuckerüben wurden von jedem Versuchsglied Breiproben entnommen und in

flüssigen Stickstoff tiefgefroren. Für die Qualitätsanalyse wurde der Rübenbrei zunächst in

Aluminiumsulfat geklärt und anschließend mit Hilfe der Serienanalytik der Firma Venema

(Groningen, NL) nach ICUMSA (2007a) untersucht. Im Rahmen der Routineanalytik erfolgte

die Bestimmung des Gehaltes an Kalium und Natrium im Flammenphotometer sowie

α-Amino-N im Fluorometer nach OPT (BURBA UND GEORGI 1975, 1976). Auf Grund des ho-

hen Gehaltes an Nicht-Zuckerstoffen in gelagerten Zuckerrüben erfolgte die Bestimmung des

Saccharosegehaltes nicht im Polarimeter, sondern wurde mit der Methode nach Roe (1934)

durchgeführt. Darüber hinaus wurde der Gehalt an reduzierenden Zuckern (Glucose + Fruc-

tose) nach Nelson (1944) und Somogyi (1945) bestimmt. Für die Bestimmung des Zucker-

gehaltes vor Einlagerung wurden von jeder Genotyp-Umwelt-Kombination fünf Wiederholun-

gen als Referenz zum Zeitpunkt der Einlagerung verarbeitet. Der gemessene Zuckergehalt

diente als Ausgangswert für die Berechnung des bereinigten Zuckerertrages vor Einlage-

rung.

Datenauswertung

Die statistische Auswertung erfolgte mit der Statistiksoftware SAS (SAS 9.2, Inc., 2010, Ca-

ry, NC.) Für die einzelnen Lagerungstemperaturen wurden getrennt voneinander Varianz-

analysen mit der Prozedur PROC MIXED durchgeführt. Hierfür wurden zunächst die Residu-

en mit dem Kolmogorov-Smirnov-Test auf Normalverteilung geprüft (p<0.05), und wenn nötig

erfolgte eine Datentransformierung. Um mögliche Varianzheterogenität zu berücksichtigen,

erfolgte zunächst eine Modellanpassung. Im Falle von signifikanten Haupteffekten und

Wechselwirkungen (p<0.05) im F-Test erfolgte der anschließende Mittweltwertvergleich mit

dem Tukey-Test (p<0.05). Für die Beschreibung des Zusammenhangs zwischen der Aus-

prägung von Lagerfäulen und Qualitätsmerkmalen gelagerter Zuckerrüben wurde eine Reg-

ressionsanalyse mit der Prozedur PROC REG durchgeführt. Dazu wurden die Residuen auf

Normalverteilung mit dem Kolmogorov-Smirnov-Test (p<0.05) und die Varianzhomogenität

mit dem White-Test (p<0.05) geprüft, und ggf. erfolgte eine Transformierung des Datensat-

zes.

Etablierung eines Microarray zur Beschreibung der Mikroorganismenpopulation in

gelagerten Zuckerrüben

Nachweisverfahren

Für die Beschreibung des Mikroorganismenspektrums in gelagerten Zuckerrüben wurde ein

Microarray (Alere Technologies GmbH, Jena) etabliert, mit dessen Hilfe die wichtigsten

39

Lagerfäuleerreger in Zuckerrüben nachgewiesen werden können. Das Nachweisprinzip be-

ruht auf einer Hybridisierungsreaktion zwischen auf der Arrayoberfläche gebundenen

Oligonukleotidsonden und markierten PCR-Produkten der nachzuweisenden Organismen.

Auf Grund der hohen Dichte an Oligonukleotidsonden, erlaubt dieses Assay den Nachweis

von bis zu 45 Mikroorganismen.

Zielorganismen

Unter Berücksichtigung des bisherigen Wissenstandes in der Literatur sowie häufig isolierter

Krankheitserreger aus Zuckerrüben mit Fäulnissymptomen, wurde das Nachweisverfahren

für Zielorganismen aus 19 Gattungen etabliert (Tab. 1).

Tabelle 1: Übersicht zum Mikroorganismenspektrum, das mit Hilfe des Microarrays nachgewiesen werden kann.

1.) Alternaria alternata

2.) Aphanomyces cochlioides

3.) Aspergillus flavus, A. niger

4.) Athelia rolfsii

5.) Bakterien

6.) Botrytis cinerea

7.) Colletotrichum occodes

8.) Fusarium avenaceum, F. cerealis, F. cul-

morum, F. equiseti, F. graminearum, F. redo-

lens, F. tricinctum und F. venenatum

9.) Helicobasidium purpureum

10.) Leuconostoc mesenteroides

11.) Macrophomina phaseolina

12.) Mucor circinellioides, M. hiemalis,

M. piriformis, M. plumbeus, M. racemosus

13.) Pythium aphanidermatum, P. deliense,

P. intermedium, P. ultimum

14.) Phoma betae

15.) Phytophthora cryptogea, P. drechsleri,

P. megasperma

16.) Rhizopus oryzea, R. stolonifer

17.) Rhizoctonia solani AG 2-2

18.) Sclerotinia sclerotiorum

19.) Verticillium albo-atrum, V. dahliae

Die pilzlichen Erreger umfassen unter anderem bekannte Pflanzenpathogene (z.B. Aphano-

myces cochlioides), Wundparasiten (z.B. Fusarium spp.) und Saprophyten (z.B. Mucor spp.).

Daneben wurden Bakterienarten ausgewählt, die als pflanzenpathogene und Dextran bilden-

de Arten (z. B. Leuconostoc spp.) bekannt sind.

40

Erstellung von Oligonukleotidsonden

Für die spezifische Differenzierung der verschiedenen Erreger wurde auf Gene (internal

transcribed spacer, 16s rRNA Gen, elongation factor 1 alpha) zurückgegriffen, die bereits

erfolgreich in der Erregerdiagnostik eingesetzt werden. Diese Gene wurden von jedem Ziel-

organismus sequenziert und durch Datenbanksequenzen (National Center for Biotechnolo-

gy) derselben Erreger sowie nahe verwandten Erregern ergänzt. Unter Benutzung der Soft-

ware MEGA erfolgte die Darstellung sämtlicher Sequenzen im Alignment, um geeignete

Polymorphismen zu identifizieren und für die Erstellung erregerspezifischer

Oligonukleotidsonden zu nutzen. Des Weiteren erfolgte die Etablierung mehrerer

PCR-Systeme für die Amplifizierung der einzelnen Zielgene aus Erreger-Reinkulturen und

künstlich infiziertem Rübenbrei. Hierfür wurden Universalprimer entwickelt, die eine spezifi-

sche Vermehrung der Zielsequenz erlauben.

Optimierung und Validierung

Die Überprüfung der Funktionalität und Spezifität der Oligonukleotidsonden erfolgte zunächst

mit Erreger-Reinkulturen. Hierfür mussten die experimentellen Parameter (Hybridisierungs-

temperatur, Waschtemperatur, Salzkonzentration) so angepasst werden, dass eine höchst

mögliche Spezies-Diskriminierung erreicht werden kann. Oligonukleotidsonden, die sich

nach der Prüfung mit Erregerreinkulturen als funktional und spezifisch erwiesen, wurden im

Rahmen der Validierung mit künstlich infiziertem Rübengewebe derselben Erreger sowie mit

Feldrüben aus dem Praxisanbau mit Fäulnissymptomen unbekannter Erreger getestet. Im

Rahmen der Etablierungsphase wurden mehrere Chargen, bestehend aus 100 Microarrays,

mit verschiedenen Oligonukleotidsonden hergestellt und auf ihre Funktionalität geprüft.

Nachweis in den Lagerungsproben

Nach Abschluss der Etablierungsphase wurden insgesamt 500 Microarrays mit einem ein-

heitlichen Sondendesign hergestellt und für den Erregernachweis in den Proben aus den im

Projekt durchgeführten Lagerungsversuchen genutzt. Der Nachweis erfolgte hierbei exemp-

larisch für jeweils zwei Standorte pro Versuchsjahr. Zwei unabhängige Wiederholungen von

jedem Genotyp wurden mit Hilfe des Microarray getestet. Um das Mikroorganismenspektrum

in frisch geernteten Zuckerrüben zu bestimmen, erfolgte ebenfalls eine Untersuchung der

Referenzproben. Der Nachweis erfolgte bei allen Proben in Zuckerrübenbrei.

Entwicklung eines Bioassay zur Identifizierung von pflanzlichen Resistenzeigenschaf-

ten gegenüber Lagerfäule

Anzucht und Inokulation

Zuckerrüben der Genotypen A und B wurden wie bereits für die Lagerungsversuche be-

schrieben im Feld kultiviert und Anfang Oktober manuell geerntet. Zusätzlich wurden 23 Wo-

chen alte Zuckerrüben im Gewächshaus angezogen (Christ et al., 2011). Zur Ernte wurden

alle Zuckerrüben manuell geköpft und gewaschen. Anschließend wurde unterhalb des

41

Köpfschnitts mit Hilfe eines Korkbohrers (Durchmesser: 5 mm) ein circa 1 cm langes Gewe-

bestück entfernt. In die Inokulationsstelle wurde anschließend ein mit F. graminearum

(DSM23352, Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen, Braunschweig,

Germany) bewachsener Agarplug platziert. Für die Inokulation wurden die Pilzkulturen bei

25°C für sieben Tage auf Potato Dextrose Agar kultiviert. Insgesamt wurden 20 Zuckerrüben

von jedem Genotyp inokuliert. Als Negativkontrolle dienten fünf Zuckerrüben, die nur mit ei-

nem sterilem Agarplug inokuliert wurden. Nach erfolgreicher Inokulation erfolgte die Inkuba-

tion bei 20°C und 80 % für 21 - 24 Tage im Klimaschrank.

Bonitur, Qualitätsanalyse und Bestimmung der pilzlichen Biomasse

Nach der Inkubation wurde das gesamte nekrotische Gewebe entfernt, gewogen und an-

schließend mit dem gesunden Rübengewebe zu Brei verarbeitet. Im Rahmen der Qualitäts-

analyse erfolgte nur die Bestimmung des Invertzuckergehaltes (s.o). Zusätzlich wurde mittel

Hilfe einer quantitativen Real-time PCR die pilzliche Biomasse nach Brandfass et al. (2006)

im Rübenbrei bestimmt.

Ergebnisse

Lagerungsversuche

Einfluss von Genotyp und Umwelt auf die Ausprägung von Lagerfäulen bei verschiedenen

Lagerungstemperaturen

Durch das Bonitieren der Rüben im Längsschnitt konnte die Ausprägung von Lagerfäulen,

insbesondere das nekrotisierte Gewebe, gut abgeschätzt werden. In Abhängigkeit von der

Lagerungstemperatur traten Fäulnissymptome unterschiedlicher Ausprägung auf (Abb. 1).

Die bei niedrigen Temperaturen(8°C und alternierend) gelagerten Rüben (Abb. 1 B und D)

waren größtenteils von Trockenfäulen betroffen, die auf pilzliche Erreger schließen lassen.

Im Gegensatz dazu führte die hohe Temperatur bei der 20°C-Variante zu einem vermehrten

Befall mit Bakterien, die charakteristischen Nassfäulesymptome verursachten (Abb. 1 A).

42

Abb.1: Lagerfäulen an Zuckerrüben, die bei 20°C (A), 8°C (B und C) und alternierenden Temperaturen für 103 Tage (2011) gelagert wurden.

Insgesamt wiesen die bei 20°C gelagerten Zuckerrüben den höchsten Anteil verfaulter Flä-

che auf (Abb.2). Den stärksten Einfluss hatte dabei die Umwelt gefolgt vom Genotyp. Nach

der Lagerung waren die Zuckerrüben aus den Umwelten 1 - 3 vollständig mit Lagerfäulen

befallen, so dass keine Unterschiede zwischen den Genotypen gefunden werden konnten.

Zuckerrüben aus den Umwelten 4 und 5 wiesen zwar einen geringeren Befall auf, jedoch

konnten auch hier keine signifikanten Unterschiede zwischen den Genotypen nachgewiesen

werden. Im Versuchsjahr 2012 wurden die Zuckerrüben ebenfalls bei 20°C gelagert, und

auch hier zeigte sich wie im Jahr zuvor ein starker Befall ohne signifikante

Genotypdifferenzierung (Ergebnisse nicht dargestellt). Aus diesem Grund wurde die 20°C-

Lagerungsvariante für die Beantwortung der Versuchsfragestellung als ungeeignet bewertet

und im letzten Versuchsjahr nicht weiter mitgeführt. Im Gegensatz zur Lagerung bei 20°C

war bei einer niedrigeren Lagerungstemperatur (8°C) die Variabilität im Befall mit Lagerfäu-

len deutlich stärker ausgeprägt (Abb. 3). Zuckerrüben aus den Umwelten 4 (5,3 %) und 5 (3

%) wiesen nach der Lagerung den geringsten Anteil verfaulter Fläche im Längsschnitt auf.

43

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1 2 3 4 5

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Abb. 2: Einfluss von Genotyp und Umwelt auf den Anteil verfaulter Fläche im Längsschnitt nach 103 Tage Lagerung bei 20°C (Versuchsjahr 2011). Signifikante Unterschiede sind durch unter-schiedliche Buchstaben gekennzeichnet (P < 0.05). Fehlerbalken stellen die Standardabwei-chung dar.

Umwelt

1 2 3 4 5

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Genotyp AGenotyp BGenotyp C

Abb. 3: Einfluss von Genotyp und Umwelt auf den Anteil verfaulter Fläche im Längsschnitt nach 103 Tagen Lagerung bei 8°C (Versuchsjahr 2011). Signifikante Unterschiede sind durch unter-schiedliche Buchstaben gekennzeichnet (P < 0.05). Fehlerbalken stellen die Standardabwei-chung dar.

44

Wesentlich höher war der Befall mit 57,5 % (Umwelt 1) 29,8 % (Umwelt 2) und 16,2 % (Um-

welt 3). Neben dem starken Umwelteffekt konnten mittels varianzanalytischer Methoden

auch genotypische Unterschiede nachgewiesen werden. Unter starkem Befall (Umwelten 1

und 2) differenzierten die Genotypen in ihrer Anfälligkeit gegenüber Lagerfäulen. Hier wies

der Genotyp B mit 69,4 % (Umwelt 1) und 39,6 % (Umwelt 2) den höchsten Befall auf. Ähnli-

che Ergebnisse konnten bei den Zuckerrüben, die in der Außenmiete gelagert wurden, beo-

bachtet werden (Abb. 4).

Umwelt

1 2 3 4 5

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eil

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80Genotyp AGenotyp BGenotyp C

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Abb. 4: Einfluss von Genotyp und Umwelt auf den Anteil verfaulter Fläche im Längsschnitt nach 103 Tagen Lagerung bei alternierenden Temperaturen (Versuchsjahr 2011). Signifikante Unter-schiede sind durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet (P < 0.05). Fehlerbalken stellen die Standardabweichung dar.

In Abhängigkeit vom Standort variierte der Anteil verfaulter Fläche im Längsschnitt zwischen

3,9 % (Umwelt 5) und 46,7 % (Umwelt 1). Die Umwelten 1 und 2 wiesen auch hier wie bei

der 8°C Lagerungsvariante den höchsten Befall mit einer signifikanten

Genotypdifferenzierung auf. Im zweiten Versuchsjahr (2012) war das Befallsniveau gegen-

über dem Vorjahr deutlich niedriger. Trotzdem konnten identische Genotyp- und Umweltef-

fekte reproduziert werden (Abb. 5). Im Mittel wiesen die Zuckerrüben aus den Umwelten 8

(0,7 %) und 9 (0,4 %) den geringsten Befall mit Lagerfäulen ohne eine Differenzierung zwi-

schen den Genotypen auf. Im Gegensatz dazu konnte durch den erhöhten Befall in den

Umwelten 6 und 7 eine signifikante Differenzierung der Genotypen nachgewiesen werden.

Identisch zum vorherigen Versuchsjahr war der Genotyp B mit 12,3 % an beiden Standorten

am stärksten mit Lagerfäulen befallen. Diese Ergebnisse konnten ebenfalls durch die Außen-

lagerung reproduziert werden (Ergebnisse nicht dargestellt).

45

Umwelt

6 7 8 9

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Genotyp AGenotyp BGenotyp C

Abb. 5: Einfluss von Genotyp und Umwelt auf den Anteil verfaulter Fläche im Längsschnitt nach 97 Tagen Lagerung bei 8°C Lagerung (Versuchsjahr 2012). Signifikante Unterschiede sind durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet (P < 0.05). Fehlerbalken stellen die Standard-abweichung dar.

Einfluss von Beschädigungen auf das Auftreten von Lagerfäulen

Unabhängig von der Umwelt führte die gezielte Beschädigung von Zuckerrüben vor der La-

gerung zu einer deutlichen Erhöhung des Befalls mit Lagerfäulen (Abb. 6). Bei den Zucker-

rüben aus der Umwelt 10 stieg dadurch der Anteil verfaulter Fläche von 21,3 % auf 31,8 %

an. Unabhängig davon wiesen die Genotypen, sowohl ohne als auch mit Beschädigung, das

gleiche Ranking zu den Versuchsjahren zuvor auf. Neben der Steigerung des Befalls mit

Lagerfäulen konnte durch die Beschädigung auch die Genotypdifferenzierung verbessert

werden. Ohne Beschädigung waren die Zuckerrüben aus der Umwelt 11 mit 6,3 % am we-

nigsten mit Lagerfäulen befallen und zeigten keine genotypische Unterschiede. Im Gegen-

satz dazu erhöhte sich der Befall bei der beschädigten Variante auf 38,4 % und führte zu

einer signifikanten Differenzierung der Genotypen. Auch hier war das Ranking der Genoty-

pen identisch zu den Versuchsjahren zuvor.

46

Varianten

10 (-) 10 (+) 11 (-) 11 (+) 12(-) 12 (+)

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Genotyp AGenotyp BGenotyp C

Abb. 6: Einfluss von Beschädigung, Genotyp und Umwelt auf den Anteil verfaulter Fläche im Längs-schnitt nach 93 Tagen Lagerung bei 8°C Lagerung (+ = beschädigt; - = unbeschädigt). Signifi-kante Unterschiede sind durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet (P < 0.05). Feh-lerbalken stellen die Standardabweichung dar.

Zusammenhang zwischen der Ausprägung von Lagerfäulen und der Qualität gelagerter Zu-

ckerrüben

Nach der Lagerung wurde die Qualität der Zuckerrüben anhand des Verlustes im bereinigten

Zuckerertrag (BZE) sowie dem akkumulierten Invertzuckergehalt bestimmt. In Abhängigkeit

vom Standort wiesen sowohl die Verluste im BZE (4,1 – 73,9 %) als auch die Invertzucker-

gehalte (7,3 – 482,9 mmol kg-1 FM) eine starke Streuung auf (Abb. 7). Für beide Qualitäts-

merkmale liegen die Bestimmtheitsmaße (R2) auf einem sehr hohen Niveau, wodurch der

besonders enge Zusammenhang zum Anteil verfaulter Fläche deutlich wird. So wiesen zum

Beispiel besonders stark befallene Zuckerrüben des Genotyps B aus der Umwelt 1 extrem

hohe Verluste im BZE (73.9 %) und eine hohe Invertzuckeranreicherung (482,9 mmol kg-1

FM) auf. Im Gegensatz dazu lagen die Verluste im BZE (8,1 %) und im Invertzuckergehalt

(20,5 mmol kg-1 FM) unter schwachem Befall (Umwelt 5) beim selben Genotypen auf einem

sehr niedrigen Niveau. Auf Grund des engen Zusammenhanges zum Anteil verfaulter Fläche

zeigten die Genotypen für beide Qualitätsparameter eine Differenzierung identisch zur Boni-

tur auf Lagerfäulen. Unter starkem Befall (Umwelt 1) differenzierten die Genotypen im BZE

Verlust mit 50,4 % (A), 73,9 % (B) und 47,9 % (C) entsprechend den Boniturergebnissen.

Darüber hinaus kann aus den Regressionskonstanten der theoretische Verlust im BZE (5,2 -

7,1 %) und der Invertzuckergehalt (11,5 - 14,7 mmol kg-1 FM) unter Nichtbefall abgeschätzt

werden. Unter Berücksichtigung der geschätzten Konfidenzintervalle (nicht dargestellt) wie-

sen die Genotypen keine signifikanten Unterschiede in beiden Qualitätsmerkmalen. Dies ließ

sich ebenso für die Steigungen der einzelnen Regressionsfunktionen feststellen, was darauf

47

schließen lässt, dass sich die Genotypen in ihrer Befalls-Verlust-Relation nicht unterschei-

den.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

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Umwelten

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R2= 0.8277

Y= 5.22558+ 1.03918*x

R2= 0.9145Y= 7.12194+1.095960*x

R2= 0.7899

Y= 0.05228*x2 + 2.23665*x + 14.76740

R2= 0.9069

Y= 0.06158*x2 + 2.38409*x + 14.65199

R2= 0.9465

Y= 0.02342*x2 + 3.42708*x + 11.54231

R2= 0.9051

Genotyp A

Genotyp A Genotyp B

Genotyp B

Genotyp C

Genotyp C

Abb. 7: Einfluss der Ausprägung von Lagerfäulen auf den Verlust im bereinigten Zuckerertrag und den Invertzuckergehalt nach einer Lagerung bei 8°C. Für die Regressionsanalyse wurden die Da-ten aus den Versuchsjahren 2011-13 berücksichtigt, wobei jeder Datenpunkt eine Versuchs-wiederholung repräsentiert.

Zusammensetzung der Mikroorganismenpopulation in gelagerten Zuckerrüben

Für die Beschreibung des Mikroorganismenspektrums wurde im Rahmen des Forschungs-

projektes ein Multiplex-Nachweisverfahren basierend auf der Microarray-Technologie etab-

liert. Mit Hilfe von 42 erregerspezifischen Oligonukleotidsonden war es möglich, die wichtigs-

ten Lagerfäuleerreger in Zuckerrübenbrei nachzuweisen. Hierbei sollte der Einfluss von Be-

schädigung, Genotyp und Umwelt auf das Mikroorganismenspektrum in gelagerten Zucker-

rüben untersucht werden. Bei der Probenauswahl wurden aus jedem Versuchsjahr die bei-

den Umwelten mit der größten Differenz im Anteil verfaulter Fläche ausgewählt. Neben den

gelagerten Zuckerrüben wurden die Referenzproben ebenfalls mit Hilfe des Microarrays un-

tersucht.

In den Referenzproben konnten bereits vor der Lagerung Mikroorganismenarten aus neun

verschiedenen Gattungen nachgewiesen werden (Tab. 2). Bakterielle Organismen waren in

allen untersuchten Proben vertreten, wobei insbesondere Leuconostoc mesenteroides mit

91,6 % eine sehr hohe Nachweishäufigkeit aufwies. Bei den pilzlichen Organismen wurde

Colletotrichum coccodes am häufigsten detektiert (83,3 %). Innerhalb der Gattung Fusarium

konnten besonders häufig die Arten F. graminearum (47,9 %), F. culmorum (41,6 %) und

F. redolens (27 %) gefolgt von F. tricinctum, F. avenaceum, F. equiseti und F. venenatum

identifiziert werden. Neben pilzlichen Organismen waren die frisch geernteten Zuckerrüben

auch mit verschiedenen Oomyceten-Arten besiedelt, wobei das Spektrum von

P. aphanidermatum (37,5 %) und P. ultimum (31,2 %) dominiert wurde. Insgesamt konnten

nur geringe Unterschiede zwischen den Genotypen und Umwelten gefunden werden. Der

48

Lagerfäuleerreger Botrytis cinerea konnte teilweise bereits vor der Lagerung nachgewiesen

werden, vornehmlich in Umwelten mit erhöhtem Fäulnisbefall nach der Lagerung.

Nach der Lagerung konnte unabhängig von Beschädigung, Genotyp und Umwelt für alle

untersuchten Proben eine starke Zunahme der Nachweishäufigkeit festgestellt werden

(Tab. 3). Dies weist auf eine intensive mikrobielle Besiedlung während der Lagerung hin. So

konnte zum Beispiel der Erreger B. cinerea sowohl in schwach als auch stark verfaulten Zu-

ckerrüben reproduzierbar identifiziert werden. Ebenso konnte ein besonders starker Anstieg

für fast alle Arten aus der Gattung Fusarium festgestellt werden. Die Zusammensetzung än-

derte sich nicht, jedoch wurde das Spektrum insbesondere von F. tricinctum (25 93.7 %),

F. culmorum (41,6 79,1 %) und F. avenaceum (12,5 66,6 %) dominiert. Zusätzlich zu

den bereits vor der Lagerung gefundenen Arten konnten am Ende der Lagerung auch neue

Erregerart detektiert werden. Mit 83,8 % waren fast alle Proben mit Penicillium expansum

besiedelt. Im Gegensatz dazu nahm die Nachweishäufigkeit für die beiden Arten

Colletotrichum coccodes (83,3 --> 4,1 %) und Leuconostoc mesenteroides (91,6 --> 18,7 %)

nach Lagerung deutlich ab. Dies konnte auch für alle Arten aus der Gattung Pythium beo-

bachtet werden.

49

Tab. 2: Nachgewiesene Mikroorganismenarten in frisch geernteten Zuckerrüben.

Mikroorganismena

Ver

such

sja

hr

Um

wel

t

Gen

oty

p

An

teil

verf

au

lter

Flä

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Län

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Fus

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m e

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Fus

ariu

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ariu

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Fus

ariu

m tr

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ctum

Fus

ariu

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atum

Leuc

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toc

mes

ente

roid

es

Muc

or h

iem

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Pyt

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aph

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Pyt

hium

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iens

e

Pyt

hium

inte

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ium

Pyt

hium

ulti

mum

Rhi

zoct

onia

sol

ani

2011

1 A 56 ●● ●● ● ●● ●● ●

1 B 69.4 ● ● ●● ●● ●● ● ●● ●● ●● ●

1 C 47.1 ● ●● ●● ●● ●● ● ●●

5 A 2.9 ●● ●● ●● ●● ●● ● ●●

5 B 2.9 ●● ●● ●● ● ●● ● ●● ●●

5 C 3.2 ●● ●● ● ●● ● ●●

2012

6 A 3.7 ●● ●● ●● ● ● ● ●● ● ●●

6 B 12.2 ●● ● ●● ● ● ●● ●

6 C 4.6 ●● ● ● ● ● ● ●● ●●

9 A 0.9 ●● ●● ● ●● ● ●● ●● ●● ●● ● ●

9 B 0.5 ● ●● ●● ● ●● ●● ●● ● ●● ● ●

9 C 0.7 ● ●● ●● ●● ●● ●● ●● ●●

50

2013

unbe

schä

digt

10 A 19.8 ●● ● ●● ● ● ●● ● ●

10 B 29.2 ●● ● ●● ●● ● ●

10 C 14.9 ● ●● ●● ●● ● ● ●● ● ●

12 A 7.9 ● ● ●● ● ●● ● ● ● ●

12 B 15.7 ● ●● ●● ●● ● ● ●● ●

12 C 8.5 ●● ●● ●● ●● ● ●● ●

2013

- b

esch

ädig

t

10 A 20.1 ●● ●● ●● ● ● ●● ●● ●● ● ●

10 B 42.9 ●● ●● ●● ●● ● ● ● ● ●● ● ●● ● ●●

10 C 32.2 ●● ●● ● ● ●● ●● ●

12 A 24.5 ● ●● ●● ● ● ●● ● ●

12 B 34.2 ●● ● ● ●●

12 C 17.6 ● ●● ● ●● ● ●● ●

Nachweishäufig

keit [%] - - - 20.8 10.4 100 37.5 83.3 12.5 41.6 12.5 47.9 27.0 25 10.4 91.6 20.8 37.5 4.1 6.2 31.2 4.1

a ● = Nachweis in einer Probe; ●● = Nachweis in beiden Proben.

51

Tab 3: Nachgewiesene Mikroorganismenarten in Zuckerrüben, die unter kontrollierten Bedingungen bei 8°C gelagert wurden.

Mikroorganismena

Ver

such

sja

hr

Um

wel

t

Gen

oty

p

An

teil

verf

au

lter

Flä

che

im

Län

gss

chn

itt

[%]

Alte

rnar

ia a

ltern

ata

Aph

anom

yces

coc

hlio

ides

Bak

terie

n

Bot

rytis

cin

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Col

leto

tric

hum

coc

code

s

Fus

ariu

m a

vena

ceum

Fus

ariu

m c

ulm

orum

Fus

ariu

m e

quis

eti

Fus

ariu

m g

ram

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rum

Fus

ariu

m r

edol

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Fus

ariu

m tr

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Fus

ariu

m v

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atum

Leuc

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toc

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des

Pyt

hium

aph

anid

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atum

Pyt

hium

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e

Pyt

hium

inte

rmed

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Pyt

hium

ulti

mum

Pen

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ium

exp

ansu

m

Pho

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beta

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2011

1 A 56 ●● ●● ●● ● ●● ● ●● ● ●●

1 B 69.4 ●● ●● ●● ● ●● ● ● ●

1 C 47.1

5 ●● ●● ●● ● ●● ●● ●● ●● ● ●●

5 A 2.9 ●● ●● ●● ●● ●● ● ●● ● ●

5 B 2.9 ● ●● ●● ●● ●● ● ●● ● ●● ●● ● ● ●●

5 C 3.2 ●● ●● ●● ●● ●● ●● ●● ● ● ●●

2012

6 A 3.7 ●● ●● ●● ●● ●● ● ●● ● ●●

6 B 12.2 ●● ●● ●● ●● ● ● ●● ●● ● ●●

6 C 4.6 ●● ●● ●● ●● ● ● ●● ● ●●

9 A 0.9 ●● ●● ● ●● ●● ● ● ● ● ● ●

9 B 0.5 ●● ●● ● ● ●● ● ● ●● ● ●

52

9 C 0.7 ●● ●● ●● ● ● ● ● 20

13 -

un

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10 A 19.8 ● ●● ●● ● ●● ● ● ●● ● ● ●● ●●

10 B 29.2 ●● ●● ● ●● ● ●● ●● ●●

10 C 14.9 ●● ●● ●● ●● ●● ●● ● ● ●●

12 A 7.9 ●● ●● ●● ●●

12 B 15.7 ●● ●● ●● ● ●●

12 C 8.5 ●● ●● ●● ● ●

2013

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10 A 20.1 ●● ●● ●● ●● ●● ●● ●● ●● ●●

10 B 42.9 ●● ●● ●● ●● ●● ● ●● ●● ● ●●

10 C 32.2 ● ●● ●● ●● ● ●● ● ●●

12 A 24.5 ● ●● ●● ●● ●● ●● ● ●● ● ● ●●

12 B 34.2 ● ●● ●● ● ●● ● ●● ●● ● ● ● ● ●●

12 C 17.6 ● ● ●● ●● ● ●● ● ● ●●

Nachweishäufig

keit [%] - - - 4.1 10.4 100 100 4.1 66.6 79.1 6.2 52.0 39.5 93.7 50 18.7 12.5 10.4 2.0 10.4 83.3 2

a ● = Nachweis in einer Probe; ●● = Nachweis in beiden Proben.

53

Bioassay zur Identifizierung von Lagerfäuleresistenzen

Unter Nutzung eines Bioassays sollte geprüft werden, ob die in den Lagerungsversuchen

beobachteten Genotypeffekte auch unter Laborbedingungen mittels künstlicher Inokulation

reproduziert werden können. Für diesen Zweck wurden Zuckerrüben von den Genotypen A

und B sowohl im Feld als auch im Gewächshaus angezogen und nach der Ernte mit

F. graminearum inokuliert. Dieser Erreger wurde auf Grund seiner Aggressivität und hohen

Nachweishäufigkeit in gelagerten Zuckerrüben ausgewählt.

A B

Inve

rtzu

cker

ge

halt

[mm

ol/k

g F

M]

0

20

40

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100

120

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160

180

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a

b

Genotypen

A B

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rtzu

cker

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FM

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0

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30

40

50

60

70

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a

b

Genotypen

Abb. 8: Einfluss des Genotyps auf das Gewicht des nekrotischen Gewebes nach künstlicher Inokulati-on mit F. graminearum und Inkubation für 21 - 24 Tage bei 20°C. Zuckerrüben für die Inokula-tion wurden sowohl im Gewächshaus (links) als auch im Feld (rechts) angezogen. Signifikante Unterschiede sind durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet (P < 0.05). Fehlerbal-ken stellen die Standardabweichung dar.

A B

Inve

rtzu

cker

geha

lt [m

mol

/kg

FM

]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

a

b

Genotypen

A B

Inve

rtzu

cker

geha

lt [m

mol

/kg

FM

]

0

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70

80

90

a

b

Genotypen

Abb. 9: Einfluss des Genotyps auf den Invertzuckergehalt nach künstlicher Inokulation mit F. graminearum und Inkubation für 21 - 24 Tage bei 20°C. Zuckerrüben für die Inokulation wurden sowohl im Gewächshaus (links) als auch im Feld (rechts) angezogen. Signifikante Un-terschiede sind durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet (P < 0.05). Fehlerbalken stellen die Standardabweichung dar.

54

Nach 21 - 24 Tagen Inkubation bei 20°C wurden die Genotypen auf Unterschiede im nekroti-

schen Gewebe, Invertzuckergehalt und der pilzlichen Biomasse getestet. Generell war der

Erreger F. graminearum in der Lage nach Wundinokulation beide Zuckerrübengenotypen zu

besiedeln und Fäulnissymptome zu erzeugen (Abb. 8). Unabhängig von der Herkunft (Ge-

wächshaus oder Feld) wiesen die Genotypen signifikante Unterschiede im nekrotischen Ge-

webe auf. Identisch zu den Lagerungsversuchen war der Genotyp B mit 40,7 g (Gewächs-

haus) und 94,7 g (Feld) wesentlich stärker befallen als der Genotyp A. Diese genotypische

Differenzierung konnte auch für den Invertzuckergehalt reproduziert werden (Abb. 9). Mit

121,4 (Gewächshaus) und 55,1 mmol kg-1 FM (Feld) war die akkumulierte

Invertzuckermenge signifikant höher als bei Genotyp A, der nur 71 (Gewächshaus) bzw.

38,1 mmol kg-1 FM (Feld) aufwies. Sowohl die Menge nekrotischen Gewebes als auch der

Invertzuckergehalt deuteten somit auf eine stärkere Besiedlung mit F. graminearum hin, was

durch die zusätzliche Bestimmung der pilzlichen Biomasse bestätigt werden konnte

(Abb. 10).

A BPilz

liche

Bio

mas

se v

on F

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amin

ear

um

[ng

/g F

M R

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0

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1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

a

a

Genotypen

Abb. 10: Einfluss des Genotyps auf die pilzliche Biomasse nach künstlicher Inokulation mit F. graminearum und Inkubation für 21 - 24 Tage bei 20°C. Zuckerrüben für die Inokulation wurden im Gewächshaus angezogen. Signifikante Unterschiede sind durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet (P < 0.05). Fehlerbalken stellen die Standardabweichung dar.

Zwar war der Unterschied statistisch nicht signifikant, jedoch wies der Genotyp A mit 604,1

F. graminearum Biomasse g-1 FM Rübe fast 50 % weniger pilzliche Biomasse als Genotyp B

auf (1039.8 ng F. graminearum Biomasse g-1 FM Rübe).

55

Diskussion

Lagerungsversuche

Durch den im Projekt verwendeten Versuchsansatz konnte der Einfluss von Genotyp und

Umwelt auf das Auftreten von Lagerfäulen sehr gut beschrieben werden. Eine präzise Quan-

tifizierung von Lagerfäulen durch die Schätzung des Anteils verfaulter Fläche im Längs-

schnitt ermöglichte den Nachweis signifikanter Effekte für alle untersuchten Einflussfaktoren.

Neben der Lagerungsdauer ist die Temperatur ein begrenzender Faktor für die mikrobielle

Besiedlung von Zuckerrüben (Gaskill, 1950b; Bugbee und Cole, 1976). Insbesondere die

Zuckerverluste und Invertzuckgehalte nehmen mit steigenden Lagerungstemperaturen zu

(Kenter et al., 2009). Sowohl 2011 als auch 2012 führte die Lagerung bei 20°C zu einer star-

ken Ausprägung von Lagerfäulen, so dass die Zuckerrüben nahezu vollständig verfault wa-

ren. Hierbei konnten vermehrt Symptome bakterieller Fäulen beobachtet werden, die für sol-

che Lagerungsbedingungen typisch sind (Cole und Bugbee, 1976). Der hohe Befallsdruck

führte zu einer Überlagerung der Effekte Genotyp und Umwelt. Obwohl ähnlich hohe Tempe-

raturen durchaus in der praktischen Mietenlagerung erreicht werden können ("hot spots"),

hat sich diese Temperaturführung für experimentelle Fragestellung als ungeeignet erwiesen

und wurde nicht weiter verfolgt (Bugbee, 1982).

Unter kontrollierten Lagerungsbedingungen konnte eindeutig gezeigt werden, dass der Aus-

prägungsgrad von Lagerfäulen entscheidend durch die Umwelt bestimmt wird. Dieser Effekt

ließ sich in allen Versuchsjahren sowohl bei 8°C als auch alternierenden Lagerungstempera-

turen reproduzierbar darstellen. Bugbee (1986) konnte bereits zeigen, dass kleinräumige

Effekte innerhalb einer Anbaufläche das spätere Auftreten von Fäulen in der Lagerung be-

einflussen können. In dieser Studie lagen die Standorte für den Feldanbau teilweise weit

voneinander entfernt, so dass die Zuckerrüben während der Vegetationsperiode unterschied-

lichen abiotischen (z. B. Boden und Temperatur), und biotischen (z.B. Infektionsdruck durch

pathogene Mikroorganismen) Faktoren ausgesetzt waren. Darüberhinaus gab es Unter-

schiede in den pflanzenbaulichen Maßnahmen (z. B. Fruchtfolge und Pflanzenschutzmaß-

nahmen) und der Erntetechnik. Somit ist es sehr schwierig einzelne Einflussfaktoren inner-

halb der Umwelt zu identifizieren. Frühere Untersuchungen konnten bereits zeigen, dass

durch Beschädigungen während der Ernte Wunden erzeugt werden, die Fäulniserregern

während der Lagerung als Eintrittspforten dienen können (Wyse, 1978). Dies wurde auch

durch den Beschädigungsversuch in dieser Studie deutlich, auch wenn die Art und Weise

der Behandlung nicht mit Erntebeschädigungen zu vergleichen ist. Somit muss bedingt durch

eine unterschiedliche Erntetechnik davon ausgegangen werden, dass die Zuckerrüben in

Abhängigkeit von der Umwelt einen unterschiedlich starken Beschädigungsgrad vor der La-

gerung aufwiesen. Dies erklärt auch den besonders niedrigen Befall von Hand geernteten

Zuckerrüben aus den Umwelten 5 (3 %) und 9 (0.4 %). Trotzdem muss eine maschinelle

Ernte nicht immer mit starker Lagerfäule verbunden sein. Zum Beispiel lag der Anteil verfaul-

ter Fläche bei maschinell geernteten Zuckerrüben aus der Umwelt 8 mit 0.7 % nicht höher

als bei Hand geernteten Zuckerrüben. Dies lässt vermuten, dass neben Erntebeschädigun-

gen noch andere Umweltfaktoren das Auftreten von Lagerfäulen beeinflussen. Es wird ver-

56

mutet, dass Trockenstress vor der Lagerung oder ein Befall mit dem Blattfleckenerreger Cer-

cospora beticola die Anfälligkeit von Zuckerrüben für Lagerfäulen erhöht (Gaskil, 1950a;

Smith and Ruppel, 1971). Hierfür besteht jedoch weiterer Forschungsbedarf, um dezidierte

Aussagen treffen zu können.

In dieser Studie konnten genotypische Effekte in der Ausprägung von Lagerfäulen in allen

Versuchsjahren beobachtet werden, jedoch waren diese charakterisiert durch eine Interakti-

on mit der Umwelt. Diese Interaktion ist darauf zurückzuführen, dass für die Ausprägung des

genotypischen Effekts ein "Mindestbefall" mit Lagerfäulen notwendig ist. Um dies zu errei-

chen wurden die Zuckerrüben im letzten Versuchsjahr intensiv beschädigt, wodurch der Be-

fall drastisch erhöht werden konnte, welches zu einer verbesserten Genotypdifferenzierung

führte. Die enorme Bedeutung von Wunden für die Ausprägung von Lagerfäulen wurde

hiermit eindeutig bestätigt (Wyse, 1978). Unabhängig davon war jedoch das Ranking der

Genotypen im Falle eines signifikanten Effektes in allen Versuchsvarianten identisch, wo-

durch die Umweltstabilität der Resistenzausprägung unterstützt wird. Genotypische Unter-

schiede in der Anfälligkeit gegenüber Lagerfäulen konnten bereits in früheren Untersuchun-

gen nachgewiesen werden (Gaskill, 1950b). Nichtsdestotrotz konnte auch hier der genotypi-

sche Effekt eine Infektion nicht verhindern sondern nur die Befallsintensität reduzieren. Somit

deuten alle bisherigen Ergebnisse auf einen quantitativen Resistenzmechanismus hin

(Poland et al., 2009).

Zusätzlich zur Bonitur auf Lagerfäulen wurden alle Zuckerrüben hinsichtlich ihrer Qualität

nach der Lagerung bewertet. Unter konstanten Lagerungsbedingungen (8°C) unterlagen

sowohl die Verluste im BZE (4.1 – 73.9 %) als auch der Invertzuckergehalt (7.3 – 482.9

mmol kg-1 FM) in Abhängigkeit vom Standort bei allen Genotypen einer starken Streuung.

Mittels Regressionsanalyse konnte gezeigt werden, dass diese Variabilität nahezu aus-

schließlich (Bestimmtheitsmaß: 82 - 95 %) durch die unterschiedliche Ausprägung von La-

gerfäulen verursacht wurde. Hierbei konnte auch gezeigt werden, dass die Genotypen sich

nicht in ihrer Befalls-Verlust-Relation unterscheiden. Auf Grund dieser Beziehung entsprach

die Differenzierung der Genotypen und Umwelten in beiden Qualitätsmerkmalen den

Boniturergebnissen. Insbesondere der Invertzuckergehalt erwies sich hierbei als ein sensib-

ler Indikator für Lagerfäulen und stellt somit eine Alternative zur aufwendigen Bonitur von

Lagerfäulen dar. Dieser enge Zusammenhang ist vermutlich auf die Aktivität mikrobieller

Invertasen zurückzuführen, die in verfaulten Zuckerrüben hauptsächlich für den Abbau von

Saccharose und der Anreicherung von Invertzucker verantwortlich sind (Klotz und Finger,

2004).

Zusammensetzung des Mikroorganismenspektrums in gelagerten Zuckerrüben

Im Rahmen des Projektes sollte geprüft werden, ob der Genotyp und die Umwelt einen Ein-

fluss auf das Mikroorganismenspektrum gelagerter Zuckerrüben ausüben. Für diesen Zweck

wurde ein Multiplex-Nachweisverfahren (Microarray) etabliert, dass mit Hilfe von erregerspe-

zifischen Sonden und Biotin markierten PCR-Produkten die bisher bekannten Lagerpathoge-

57

ne spezifisch und sensitiv in Zuckerrüben nachweisen kann. Im Gegensatz zu bisherigen

Untersuchungen (Bosch und Mirocha, 1992; Bugbee und Cole, 1976; Christ et al., 2011)

erfolgte der Erregernachweis nicht punktuell im Rübengewebe sondern in homogenen Brei-

proben hergestellt aus jeweils 20 Zuckerrüben. Dadurch konnte eine möglichst große Varia-

bilität erfasst werden, da die Zuckerrüben an unterschiedlichen Positionen im Feld gewach-

sen waren.

Bereits frisch geerntete Zuckerrüben wiesen vor der Lagerung trotz offensichtlich gesunder

Erscheinung und Abwesenheit von Fäulnissymptomen eine starke mikrobielle Besiedlung,,

insbesondere mit bakteriellen (z. Bsp. Leuconostoc sp.) und pilzlichen Organismen

(Colletotrichum sp.), auf. Besonders häufig auftretende Mikroorganismenarten konnten in

beiden Wiederholungen identifiziert werden, wodurch die Reproduzierbarkeit der Methode

bestätigt wurde. Die größte Speziesdiversität wies die Gattung Fusarium mit sieben unter-

schiedlichen Vertretern auf. Da zum Zeitpunkt der Ernte die Zuckerrüben keine Symptome

eines Befalls mit Fäulniserregern zeigten, muss es sich um eine endophytische Besiedlung

handeln, die bereits in früheren Untersuchungen nachgewiesen werden konnte (Shi et al.,

2009; Christ et al., 2011). Interessanterweise ließ sich in einigen Proben bereits vor der La-

gerung B. cinerea nachweisen,, welches ein häufig auftretendes und aggressives Lagerpa-

thogen darstellt (Bugbee, 1982). Genotypische Unterschiede konnten nicht nachgewiesen

werden, jedoch beschränkte sich der Nachweis vornehmlich auf Zuckerrüben aus Umwelten

mit starkem Fäulnisbefall nach der Lagerung. Möglichweise haben Stressfaktoren während

der Vegetationsperiode diese mikrobielle Besiedlung begünstigt. Bereits bei anderen Kultur-

pflanzen wird vermutet, dass Erreger wie B. cinerea ihre Wirtspflanzen zunächst

endophytisch besiedeln können ("stille Infektion") und erst dann Fäulen verursachen, wenn

es bedingt durch die Ernte und Lagerung zu stoffwechselphysiologischen Veränderung

kommt (Prusky and Gullino, 2010).

Nach der Lagerung konnte unabhängig von Genotyp und Umwelt bzw. Befallsgrad ein star-

ker Anstieg der Nachweishäufigkeit für bestimmte Mikroorganismenarten festgestellt werden.

In allen untersuchten Proben konnte der Erreger B. cinerea detektiert werden, was auf eine

starke Besiedlung während der Lagerung schließen lässt. Mit 83,3 % Nachweishäufigkeit

waren fast alle Proben zusätzlich mit Penicillium expansum befallen. Dieser Erreger konnte

im Gegensatz zu den anderen Arten nicht vor der Lagerung, sondern ausschließlich in gela-

gerten Zuckerrüben nachgewiesen werden. Vertreter aus der Gattung Penicillium sind nicht

nur als Lagerpathogene an Zuckerrübe bekannt (Bugbee, 1975; Bugbee und Cole, 1976)

sondern auch in vielen anderen Kulturen (Prusky und Gullino, 2010). Die Zusammensetzung

der Fusariumykoflora veränderte sich kaum während der Lagerung, jedoch wurde es domi-

niert von F. tricinctum (93, 7 %), F. culmorum (79,1 %) und F. avenaceum (66,6 %). Sämtli-

che Arten innerhalb der Gattung Fusarium konnten bereits in gelagerten Zuckerrüben mit

und ohne Fäulesymptome nachgewiesen werden (Bosch und Mirocha, 1992; Christ et al.,

2011). Andere Lagerpathogene wie P. betae oder P. vulpinum, die besonders in den Verei-

nigten Staaten weit verbreitet sind (Bugbee, 1982) wurden nicht in gelagerten Zuckerrüben

detektiert. Ebenso konnte durch die Abnahme der Nachweishäufigkeiten für alle Oomyceten

58

Arten (A. cochlioides, Pythium spp., Phytophthora spp.) deren geringe Bedeutung als Lager-

pathogene bestätigt werden (Fugate and Campbell, 2009).

Obwohl die untersuchten Zuckerrübenproben in Abhängigkeit von Genotyp und Umwelt eine

große Variabilität in ihrer Befallsintensität aufwiesen (0,5 - 69,4 %) konnten keine Unter-

schiede im Mikroorganismenspektrum nachgewiesen werden. Vielmehr waren alle Zuckerrü-

ben mit den Erregern B. cinerea, Fusarium spp. und Penicillium expansum. befallen, die als

sogenannte Wundpathogene für eine Besiedlung ihres Wirtes auf Verletzung des Periderms

angewiesen sind (Gaskill, 1950c). Der im Projekt verwendete Ansatz zum Nachweis von La-

gerpathogenen erlaubte jedoch nur eine qualitative Detektion und keine Quantifizierung von

Erregereinheiten im Wirtsgewebe. Auf Grund der Korrelation zwischen Befallsintensität und

Erregerbiomasse sind Unterschiede zwischen den Genotypen und Umwelten zu vermuten,

die nur mit Hilfe quantitativer PCR-Verfahren nachgewiesen werden können (DeConinck et

al., 2012).

Bioassay zur Identifizierung von Lagerfäuleresistenzen

Mit Hilfe des entwickelten Bioassays war es möglich, genotypische Unterschiede in der An-

fälligkeit gegenüber Lagerfäulen auch unter Laborbedingungen zu reproduzieren. Beide Ge-

notypen konnten erfolgreich infiziert werden und wiesen nach der Inkubation signifikante

Unterschiede im Gewicht des nekrotischen Gewebes und Invertzuckergehalt auf. Hierbei

konnte gezeigt werden, dass keine Interaktion zwischen der Herkunft der Rüben und den

Genotyp-Ranking bestand. Dies bestätigt somit die Umwelt unabhängige Resistenzausprä-

gung, die auch in den Lagerungsversuchen beschrieben werden konnte. Zusätzlich konnte

auch mit dem Bioassay gezeigt werden, dass der genotypische Effekt lediglich die

Befallsintensität reduziert ohne eine Infektion zu verhindern. Dies wurde auch durch die we-

sentlich niedrigere F. graminearum Biomasse in Genotyp B deutlich. Hierdurch wird die An-

nahme eines quantitativen Resistenzmechanismus weiter unterstützt (Oliver et al., 2008; De

Coninck et al., 2012). Bereits in früheren Studien konnte für die Erreger B. cinerea (Bugbee,

1979a; Bugbee, 1979b), P. betae (Neslon and Oldemeyer, 1952; Bugbee, 1979a; Bugbee,

1979b) und P. vulpinum (Bugbee, 1979b) eine Resistenz nachgewiesen werden. In zukünfti-

gen Untersuchungen muss überprüft werden, ob es sich hierbei um mehrere unabhängige

Resistenzmechanismen handelt. Darüber hinaus muss die enge Korrelation zwischen dem

Genotypen-Ranking im Bioassay und im Lagerungsversuch auch für ein umfangreicheres

Genotypenspektrum geprüft werden.

Schlussfolgerungen und Ausblick

In diesem Projekt wurde erstmalig mit umfangreichen Lagerungsversuchen unter kontrollier-

ten Bedingungen der Einfluss von Genotyp und Umwelt auf das Auftreten von Lagerfäulen

untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass durch eine Vermeidung von Lagerfäulen die

Lagerstabilität von Zuckerrüben entscheidend verbessert werden kann. Generell muss bei

den Ergebnissen berücksichtigt werden, dass die Lagerungsdauer von bis zu 103 Tagen

unter kontrollierten Bedingungen nicht der aktuellen Praxissituation entspricht (Jaggard et al.,

59

1997). Somit ist davon auszugehen, dass insbesondere die extrem hohen Zuckerverluste

und Invertzuckergehalte in der praktischen Mietenlagerung geringer ausfallen. Unabhängig

davon ist jedoch die enge Korrelation zwischen dem Befall mit Lagerfäulen und der Qualität

gelagerter Zuckerrüben. Hierbei war offensichtlich, dass bereits ein schwacher Befall zu wirt-

schaftlich relevanten Zuckerverlusten und einer erheblichen Beeinträchtigung der Verarbei-

tungsqualität führt. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit von Maßnahmen zur Reduktion des

Auftretens von Lagerfäulen.

Unter Berücksichtigung der erzielten Projektergebnisse können verschiedene Ansatzmög-

lichkeit zur Reduktion von Lagerfäule bedingten Verlusten aufgezeigt werden. Die Höhe des

Befalls mit Lagerfäulen resultierte aus dem Zusammenwirken der Effekte Beschädigung,

Genotyp und Umwelt. Eine schonende Ernte mit möglichst geringen Verletzungen ist sicher-

lich die wichtigste Voraussetzung für eine verlustarme Lagerung von Zuckerrüben. Auf

Grund seines enormen Einflusses muss der Umwelteffekt und die dahinter stehenden Ein-

flussfaktoren (z.B. pflanzenbauliche Maßnahmen, Erntebedingungen) in zukünftigen Projek-

ten dezidiert untersucht. Hierdurch könnten eindeutige Handlungsempfehlungen für Zucker-

rüben produzierende Betriebe erarbeitet werden. Durch den Nachweis genotypischer Effekte

konnte gezeigt werden, dass es prinzipiell möglich ist, in Zukunft auch durch die Sortenwahl

die Stärke eines Befalls mit Lagerfäulen zu reduzieren. Auch wenn der Einfluss im Vergleich

zur Umwelt gering ausfiel, muss in weiteren Untersuchungen mit einem umfangreicheren

Genotypenspektrum das vollständige Potential abgeschätzt werden. Dafür steht den Pflan-

zenzüchtern mit dem im Projekt entwickelten Resistenzassay eine geeignete Selektionsme-

thode zur Verfügung, die keine aufwendigen Lagerungsversuche erfordert. Neben konkreten

agronomischen Maßnahmen, die vor der Lagerung durchgeführt werden, bietet ein verbes-

sertes Mietenmanagement zusätzlichen Optimierungsspielraum. Der Invertzuckergehalt als

sensibler Indikator für Lagerfäulen ist ein leicht zu bestimmender Parameter, der dazu ge-

nutzt werden kann, durch eine frühzeitige Erkennung von Lagerfäulen die rechtzeitige Abfuhr

von Rübenmieten zu optimieren.

Durch die vergleichende Untersuchungen von schwach und stark verfaulten Zuckerrüben

konnte gezeigt werden, dass das Spektrum an Lagerpathogenen aus ubiquitär vorkommen-

den Generalisten besteht, die auch in anderen Kulturarten zu den wichtigsten Fäulniserre-

gern gehören (Prusky und Gullino, 2010). Somit können bekannte Fäulniserreger wie A.

cochliodes oder R. solani AG 2-2IIIB als Verursacher von Lagerfäulen ausgeschlossen wer-

den, wenn die Zuckerrüben zum Erntezeitpunkt gesund gewesen sind. Das für den Patho-

gen-Nachweis entwickelte Verfahren stellt für die Detektion von Zuckerrübenpathogenen

eine neuartige Methode dar, die neben dem Einsatz in epidemiologischen Studien auch für

die Routinediagnostik zur Verfügung steht. Dadurch können innerhalb kürzester Zeit insbe-

sondere Proben mit unspezifischen Symptomen auf das Vorhandensein einer Vielzahl von

unterschiedlichen Erregern getestet werden.

60

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62

Transfer in die Wissenschaft und Wirtschaft Projektteil B

Präsentationen

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schutztagung 23.-26.09. 2014, Freiburg.

Liebe, S. und Varrelmann, M. (2014). Microarray based detection of microorganisms

in stored sugar beets. DPG Arbeitskreis Mykologie, 21.-22. 03.2014, Aachen.

Liebe, S. und Varrelmann, M. (2013). Einfluss von Zuckerrüben besiedelnden Mikro-

organismen auf die Lagerstabilität von Zuckerrüben. 11. Göttinger Zuckerrübenta-

gung, 05.09. 2013, Göttingen.

Liebe, S. und Varrelmann, M. (2013). Einfluss von Zuckerrüben besiedelnden Mikro-

organismen auf die Lagerstabilität Phytomedizinisches Kolloquium, Hum-

boldt-Universität zu Berlin, 16.04.2013, Berlin.

Liebe, S. und Varrelmann, M. (2013). Microarray based detection of microorganisms

causing postharvest diseases in sugar beet. 2nd International Symposium on Discov-

ery and Development of Innovative Strategies for Postharvest Disease Management,

29.03.-02.04.2013, Türkei.

Liebe, S. und Varrelmann, M. (2013). Microarray based detection of microorganisms

in stored sugar beets. DPG Arbeitskreis Mykologie, 21.-22.03.2013, Göttingen.

Liebe, S., M. Varrelmann Development of microarray based detection of sugar beet

colonizing microorganisms. General Meeting ASSBT, 27.02.-02.03.2013, Anaheim,

USA.

Publikationen

Liebe, S.; Ehricht, R. und Varrelmann, M. Development of a microarray for the detec-

tion of field and storage pathogens causing root rots on sugar beet. (Manuskript in

Vorbereitung).

63

Liebe, S. und Varrelmann. Determination of factors influencing rot development dur-

ing sugar beet storage and identification of storage rot pathogens. (Manuskript in

Vorbereitung).

Liebe, S.; Wibberg, D.; Winkler, A.; Pühler, A.; Schlüter, A. und Varrelmann, M. Taxo-

nomic classification of the microbial community in stored sugar beets using

high-throughput sequencing of different marker genes. (Manuskript in Vorbereitung)

Liebe, S. und Varrelmann, M. (2013). Bedeutung von Fäulniserregern für die Lage-

rung von Zuckerrüben und mögliche Kontrollmaßnahmen. Zuckerindustrie 138, S. 87-

96.

Poster

Liebe, S. und Varrelmann, M. (2014): Einfluss von Genotyp und Umwelt auf die Aus-

prägung von Lagerfäulen. IIRB Congress, 01. - 03.06.2014, Dresden.

Liebe, S. und Varrelmann, M (2013). Effect of genotype and environment on the de-

velopment of root rots during long-time storage of sugar beets 2nd International Sym-

posium on Discovery and Development of Innovative Strategies for Postharvest Dis-

ease Management, 28.04 - 02.05.13, Kuşadası, Türkei.