Alternative Verfahren des Pflanzenschutzes

für den integrierten Anbau

Rita Grosch Institut für Gemüse und Zierpflanzenbau (IGZ)

Standorte - Bodenart - Bodenstruktur - Wetter

Anbautechnik - Bodenbearbeitung - Saatmethode - Saattermin - Erntetechnik

Pflanzenernährung - Mineraldüngung

- Organische Düngung

Sortenwahl - standortgerecht - resistent - leistungsfähig

Fruchtfolge - Anbauphasen - Saattermin -Zwischenfruchtbau

Pflanzenschutz - chemisch - biologisch - biotechnisch

Integrierter Pflanzenbau

Ökologie

Ökonomie

• Verfahren, die unter Zuhilfenahme von Organismen Schadorganismen direkt töten oder biologische Abläufe nutzen, um Erregerpopulationen indirekt zu reduzieren, ihre Virulenz zu mindern oder um die Wider- standsfähigkeit von Pflanzen zu erhöhen. • Unter biologischem Pflanzenschutz versteht man im engeren Sinne die Nutzung von biologischen Antagonisten zur Bekämpfung von Schador- ganismen. • Durch die Förderung oder den Einsatz von antagonistischen Organismen soll die Populationsdichte der Schaderreger unterhalb der Schadschwelle gehalten werden.

Biologischer Pflanzenschutz

Vorkommen von bakteriellen Mikroorganismen in den Mikrohabitaten der Pflanze ?

Mikrohabitat - Spezifität der Mikroflora

Phyllosphäre

Rhizosphäre

Endosphäre

Endorhiza

Bakterielle Bakterielle Besiedlung der Wurzeloberfläche

Bakterien

Besiedlung der Besiedlung der EndosphEndosphäärere ( (innere Pflanzengewebeinnere Pflanzengewebe))

• Hohe Anzahl (105 g-1) an spezialisierten Mikroorganismen • Wenig untersuchtes Reservoir für biotechnologisch relevante

Anwendungen

Foto: Hureck

ca. 95% nicht - kultivierbar

Kultivierungsabhängige Analyse Isolation von Mikroorganismen FUNKTIONELLE FUNKTIONELLE -- AKTIVITAKTIVITÄÄTT

Kultivierungsunabhängige Analyse Isolation von DNA / RNA STRUKTURELLE STRUKTURELLE -- DIVERSITDIVERSITÄÄTT

Methoden zur Untersuchung der mikrobiellen Gemeinschaft

Funktionelle Diversität? Metagenomics Functionelle Primer DNA Microarrays

kultivierbar

Kultivierungsabhängige Analyse:

§ Analyse von 2 648 bakteriellen Isolaten

Phyllosphäre 6 x 104 Bakterien

14 Gruppen Diversität: 2.0

Endosphäre 4 x 104 Bakterien

10 Gruppen Diversität: 1.7

Endorhiza

1.8 x 106 Bakterien 16 Gruppen

Diversität: 2.2

Rhizosphäre

1.1 x 106 Bakterien 25 Gruppen

Diversität: 2.7

• Hohe Mikrohabitat-Spezifität der bakteriellen Mikroflora • Hohe Ähnlichkeit der Antagonistenpopulation in Rhizosphäre und Endorhiza • Bakterien haben ein hohes antagonistisches Potential

5

3

10

Rhizosphäre Endorhiza

Pseudomonas putida A: BOX fingerprints

Mikrohabitat Mikrohabitat -- SpezifitSpezifitäät von Bakterient von Bakterien

Kultivierungsunabhängige Analyse:

u 3-jährige Feldversuche in Bonn

ØMikrohabitat-spezifische T- RFLP Muster • hohe Ähnlichkeit im Muster zwischen beiden endophytischen Mikrohabitaten • hohe Diversität in der Rhizosphäre

Mikrohabitat Mikrohabitat -- SpezifitSpezifitäät der Mikroflorat der Mikroflora

Phyllosphäre

Rhizosphäre

Endosphäre

Endorhiza

Rhizosphäre Endorhiza

Prüfung des antagonistischen Potentials in Dualkultur gegenüber verschiedenen Pflanzenpathogenen

3Re3-27 3Pe1-26

3Pe2-14

3Pe3-21

1Pe1-9 2Pe4-10 1Pe4-13

2Re4-20 2Pe4-1 2Re1-6

2Pe3-3 2Re1-12 2Re4-17

1Re3-21

1Pe2-5

3Re4-18

1Pe1-14

3Re3-19 3Re4-21 2Re4-1 2Re3-13

3Re3-20

3Re2-7 3Pe4-2 3Re2-14

2Re1-16 2Re1-18 3Re2-9

3Re2-6 3Re2-1

3Re2-24 3Re2-26 3Re4-7

3Pe2-24 3Re2-12

2Re4-13 2Re2-6

3Re2-20

Pseudomonas

Agrobacterium

Bacillus spp.

Enterics

1. Pseudomonas chlororaphis 2. Pseudomonas corrugata 3. Pseudomonas fluorescens 4. Pseudomonas jessenii 5. Pseudomonas marginalis 6. Pseudomonas migulae 7. Pseudomonas orientalis 8. Pseudomonas putida 9. Pseudomonas reactans 10. Pseudomonas savastanoi 11. Pseudomonas straminea 12. Pseudomonas syringae 13. Pseudomonas trivialis

Berg et al. 2005. FEMS Microb. Ecol 51, 215-229

Bakterien mit antagonistischer AktivitBakterien mit antagonistischer Aktivitäätt

Proteine Exsudate

Aminosäuren

CO2 Kohlenhydrate

Interaktionen in der Interaktionen in der RhizosphRhizosphäärere ( (WurzelraumWurzelraum))

• Mikrobieller „Hot Spot“ ~ 100 fach erhöht (107–109 g-1) • Pathogenabwehr: antifungal wirkende MO ~ 3 fach erhöht

Rhizodeposition: Bis zu 40% des photosyn- thetisch produzierten Kohlenstoffs

Interaktionen und Formen des AntagonismusInteraktionen und Formen des Antagonismus

Microorganisms

Pflanzen- pathogene

Parasitismus Antibiose

Lysis Konkurrenz

Pflanze

WachstumsfWachstumsföörderungrderung Verfügbarkeit von Nährstoffen Induzierte ResistenzInduzierte Resistenz

Antagonist

Umweltbedingungen beeinflussen WechselwirkungenUmweltbedingungen beeinflussen Wechselwirkungen

Mykoparasitismus von Trichoderma harzianum gegenüber Rhizoctonia solani (5000x), (Benhamou und Chet 1993)

• beruht auf der Bildung verschiedener Sekundärmetaboliten

Bacillus subtilis

Fusarium oxysporum

• Antibiotika / Lipopeptide (Bacilysin, Iturin, Fengycin, Surfactin) sind wirksam gegenüber phytopathogenen Pilzen

• Polyketide (Difficidin) sind wirksam gegen Bakterienkrankheiten (z.B. Feuerbrand / Erwinia amylovora)

Antibiotikabildung im Substrat und Wurzelbereich nicht nachweisbar

AntibioseAntibiose

• Nach der Applikation (durch Beizung, Tauchen, Bodenbehandlung o.ä.) erfolgt die Besiedlung des Wurzel-

raums

Bakterien

Bakterien

• Konkurriert mit Pflanzenpathogenen um Nährstoffe und Siedlungsraum

KonkurrenzKonkurrenz

• Versorgung der Pflanze mit Nährstoffen z.B. Fixierung von atmos- phärischem Stickstoff (N2), (Rhizobien bei Leguminosen)

• Versorgung der Pflanze mit Phosphor (Lösung von P, Mykorhizapilze)

• Bereitstellung von Eisen (Fe) für die Pflanze

WachstumsfWachstumsföörderungrderung

• Bereitstellung von Phytohormonen wie: - Auxin in der Wurzel - Synthese von Indol-3-essigsäure (IAA)

• Verwertung der Ethylen-Vorläufer-Substanz 1-Aminocyclopropan-1-Carbonsäure (ACC) durch ACC-Deaminase

Einfluss von Einfluss von EndophytenEndophyten auf das Pflanzenwachstum auf das Pflanzenwachstum

Maispflanzen ohne (links) und nach Behandlung mit dem endophytischen Pilz Piriformospora indica (rechts)

Tomatenpflanzen ohne (links) nach Behandlung mit wurzel- besiedelnden Pilz (rechts)

Kern, LVG Straelen, 2003

Optimale Wurzelentwicklung bei Callibrachoa Hybriden mit

FZB24

FFöörderung der Bewurzelungrderung der Bewurzelung

Einfluss von Mikroorganismen auf die PflanzeEinfluss von Mikroorganismen auf die Pflanze

Induzierte Resistenz (IR)

Induzierte systemische Resistenz (induced systemic resistance, ISR): - ISR induziert durch nicht pathogene wurzelbesiedelnde, pflanzenassoziierende Rhizobakterien

Die induzierte Resistenz (auch erworbene Resistenz) ist die erhöhte, genetisch nicht verankerte Widerstandsfähigkeit der Pflanze

Systemisch aktivierte Resistenz (systemic acquired resistance, SAR) - auch als systemisch erworbene Resistenz bezeichnet

- SAR induziert durch Pathogene

SAR systemisch erworbene Resistenz

ISR induzierte

systemische Resistenz

CIR chemisch induzierte Resistenz

Rhizobakterien

Jasmonsäure Salizylsäure

Pathogene

nekrotrophe Pathogene

Viren, biotrophe Pathogene

‚Priming‘ Expression von PR Genen

Salizylsäure- Derivate

- Induktion der systemischen Resistenz (ISR oder SAR) durch wurzelbesiedelnde Rhizobakterien oder durch Pathogene

- Aktivierung von Abwehrmechanismen durch ISR oder SAR in der ganzen Pflanze

SARSAR:: Signalübertragung durch das Pflanzenhormon Salizylsäure

ISRISR:: Signalübertragung durch die Phytohormone Jasmonat und Ethylen

- Expression von PR-Genen

- Keine Expression von PR-Genen

- Schnellere Abwehrreaktion der Pflanze bei Befall mit nektrotrophen Pathogenen

Mechanismen der induzierten Resistenz Mechanismen der induzierten Resistenz ((IRIR))

Antagonist (Bakterien) Produkt Pathogen Pflanze Agrobacterium radobacter Galltrol-A

Nogall, Diegall Norbac 84C

Agrobacterium tumefaciens

Erdnüsse Zierpflanzen Obst

Bacillus subtilis Epic Kodiak Rhizo-Plus System 3 Phytovit

Rhizoctonia solani, Fusarium spp., Alternaria spp., Aspergillus spp, Sclerotinia, Verticillium, Streptomyces Pathogene am Saatgut

Baumwolle Kartoffel Gemüse- und Zierpflanzen

Pseudomonas fluorescens Blight Ban A506 Conquer Victus Proradix-Plus

Frost Erwinia amylovora Pseudomonas tolassii

Obst (Apfel, Kirschen), Erdbeere, Tomate, Mandeln, Kartoffeln, Pilze

Pseudomonas syringae Bio-save 100 Bio-save 110

Botrytis cinerea, Penicillium spp. Mucor pyroformis, Geotrichum candidum

Citrus

Streptomyces griseoviridis Streptomyces rimosus

Mycostop Rhitovit

Fusarium spp., Alternaria brassicola Phomopsis spp., Botrytis spp., Pythium spp., Phytophthora spp.

Gemüse- und Zierpflanzen

Produkte biologischer Agenzien auf mikrobieller Basis gegen Pathogene

Produkte biologischer Agenzien auf mikrobieller Basis gegen Pathogene

Antagonist (Pilze) Produkt Pathogen Pflanze Ampelomyces quisqualis AQ10 Falsche Mehltaupilze Apfel, Erdbeere,

Tomate, Zierpflanzen Wein

Candida oleophila Aspire

Botrytis spp., Penicillium spp.

Citrus

Coniothyrium minitans Contans Sclerotinia sclerotiorum, S. minor

Sonnenblumen, Sojabohnen, Erdnüsse, Gemüse (Salat, Tomate), Bohnen

Fusarium oxysporum Biofox C Fusaclean

Fusarium oxysporum, F. moniliforme

Spargel, Cyclamen, Gerbera, Tomate, Aster, Basilikum

Gliocladium virens SoilGard Rhizoctonia solani, Pythium spp., (Umfallkrankheiten, Wurzelfäule)

Gemüse- und Zierpflanzen

Gliocladium catenulatum Prestop Rhizoctonia solani, Pythium spp., (Umfallkrankheiten, Wurzelfäule)

Gemüse- und Zierpflanzen

Phlebia gigantea Rotstop Heterobasidium annosum

Forst

Pythium oligandrum Polygandron Pythium ultimum Zuckerrübe

Produkte biologischer Agenzien auf mikrobieller Basis gegen Pathogene

Antagonist (Pilze) Produkt Pathogen Pflanze Trichoderma harzianum Trichoderma polysorum Trichoderma spp.

Bio-Fungus Binab T RootShield T-22G T-22 Planter Box Promote Supresivit Trichodex Trichopel Trichoject Trichodowels Trichoseal Trichoderma 2000 Root Pro

Sclerotinia, Phytophthora Rhizoctonia solani, Pythium spp., Fusarium spp., Verticilium

Gemüse- und Zierpflanzen, Erdbeeren, Tomate, Gurke, Baumwolle, Bohnen, Zuckerrübe, Sonnenblumen, Obst

- Biotechnisch produziertes, lager- fähiges Produkt -- formuliert auf derformuliert auf der Basis Basis natürlich, vorkommender Mikroorganismen

BacillusBacillus –– ein Beitrag fein Beitrag füür gesunde Pflanzenr gesunde Pflanzen

Anwendung als: Ø Saat- / Pflanzgutbeizung (trocken oder feucht)

Ø Substratbeimischung

Ø Gießbehandlung (Jungpflanzen, Spritzung auf Boden)

Ø Zusatz zu Nährlösungen

Ø In Kombination mit Fungiziden oder Düngern

BacillusBacillus –– ein Beitrag fein Beitrag füür gesunde Pflanzenr gesunde Pflanzen

FOCY Fungizid FZB24 FZB37 FZB38 FZB42 0

20 40 60 80

100

Anzahl erkrankter Pflanzen [%]

Wochen nach Inokulation 4

8 12

17

Bekämpfung von Fusarium oxysporum f. sp. cyclaminis an Cyclamen durch Behandlung der Pflanzen mit bakteriellen Antagonisten

Krankheitsunterdrückende Wirkung von FZB24 gegen Fusarium oxysporum an Astern ‘Roter Edelstein‘

Infektionskontrolle FZB24 WG 0

10

20

30

40

50

Gesunde Pflanzen [%]

Versuch 1

Versuch 2

Mehrertrag bei Möhren ‘Nanthya‘ F1 nach Behandlung des Saatgutes mit den Bacillus Stämmen FZB24 und FZB42

im Vergleich zur Kontrolle

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Auflauf Frischmasse

FZB24

FZB42

Aussaat Versuch 1 25.06.1997

Versuch 2 13.08.1997

Rotkäpp- chen

Minibel Harzglut Vanessa Trust Rheinlands Ruhm

Einfluss von FZB24 auf den Ertrag von verschiedenen Tomatensorten in Erdkultur

Meh

rertr

ag in

M

ehre

rtrag

in [[%

]

ErtragsfErtragsföörderungrderung

0

5

10

15

20

- Gießbehandlungen (0,2 gWG / l; 3 x)

Use of flex fertilizer in combination with FZB24 liquid on potato

Ertragsförderung

Entwicklung im Labor und Maßstabsübertragung

Schüttelmaschine

Kleinfermenter

70 L-Fermenter

... und Trocknung der Sporen

Flüssig-Fermentation im 5000 l-Maßstab …

Pilzliche Antagonist Coniothyrium minitans Wirkstoff: Pilz Coniothyrium minitans Wasserlösliches Granulat Enthält 1 x 109 lebende Sporen /g per Produkt Anwendung: 1 – 8 kg /ha Haltbarkeit: 12 mon bei + 4°C und 2 Jahre bei at –18°C Anwendung gegen Sclerotinia sclerotiorum

Produktion von Produktion von ContansContans®®WGWG

Infection caused by Mycelium

Infection

Life Cycle of Sclerotinia sclerotiorum

Sclerotia

Symptoms

Harvest residues

Sclerotia are burried into the soil

1

3 2

4

StStäängelfngelfääule durch ule durch Sclerotinia sclerotiorumSclerotinia sclerotiorum

Bohne

Sonnenblume

Vegetables and fruits Artichoke Endive Asparagus Fennel Avocado Kiwi Bean Leek Broccoli Lettuce Cabbage Parsley Carrot (in store) Pea Celery Snap bean Chickpea Tomato Chicory Eggplant Watermelon Cucumber Pepper (chilli, red)

Agricultural crops Alfalfa Canola Dry bean Hemp Lentil Onion Peanut Potato Red clover Safflower Soybean Sunflower Sweetclover Tabacco

Ornamentals Aster Begonia Chrysanthemum Fuchsia Gerbera Calendula Lupine Pelargonium Petunia

Herbs and spices Coriander Chives Dill Fennel Wintercress Weeds

Wirtspflanzen von Sclerotinia spp.

0

50

100

150

200

250

15/04

/99

22/04

/99

29/04

/99

06/05

/99

13/05

/99

20/05

/99

27/05

/99

03/06

/99

10/06

/99

17/06

/99

Num

ber o

f fru

iting

bod

ies

1

2

3

1 untreated control Executive: 2 Contans WG 4 kg/ha, applied on 03/23/99 CETIOM, France, A. Penaud 3 Contans WG 4 kg/ha, applied on 11/25/98 Depth of incorporation: 10 cm

Anzahl überlebender Sklerotien nach Applikation von Contans ®WG

im Boden

Akkumulation von Sklerotien im Boden

1 2 3 4 5 6 7 8 R1

0

50

100

150

200

Year

Sclerotia per 10 sq feet

After infection of soybeans (once)

Oilseed-rape every 3 years

Treatment with Contans®WG after infection

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit