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Feuerbrand-Monitoring liefert neue Erkenntnisse

Pflanzenkrankheiten wie der weit verbreitete Feuerbrand, der insbesondere Kernobstgewächse befällt, können sich seuchenartig ausbreiten. Bisher wurden wetterbasierte Vorhersagemodelle genutzt um die Feuerbrand-Infektionsgefahr zu berechnen. Nun kann das Risiko mit Hilfe eines molekularbiologischen Nachweises genauer bestimmt werden. Damit erforschen die BioLAGO-Mitglieder Bio-Protect Gesellschaft für Phytopathologie mbH und das Büro für Biologische-Ökologische Beratung aus Konstanz gemeinsam mit der Universität Hohenheim die Ausbreitung dieser Baumkrankheit im Bodenseegebiet durch ein länderübergreifendes Monitoring.

Eine Fruchtmumie, also eine nicht voll entwickelte, eingetrocknete Frucht aus dem Vorjahr an einem Apfelbaum © Kunz

Die drei Projektpartner Dr. Stefan Kunz, Prof. Dr. Ralf T. Vögele und Dr. Michael Ernst trafen erstmals während ihrer Tätigkeit an der Universität Konstanz aufeinander. Dr. Stefan Kunz von der Bio-Protect GmbH und Prof. Dr. Ralf T. Vögele vom Institut für Phytomedizin an der Universität Hohenheim arbeiteten damals in Konstanz an der Entwicklung einer PCR-basierten Methode zum Nachweis von Feuerbrand, also einem molekularen Nachweis des Erregers auf DNA-Basis. Dieser Nachweis erlaubt es, den Feuerbranderreger, das Bakterium Erwinia amylovora, in Obstanlagen direkt durch Real Time PCR (auch quantitative PCR oder qPCR genannt) nachzuweisen, lange bevor Feuerbrandsymptome sichtbar werden. „Dabei binden künstlich hergestellte spezifische Sonden an eine DNA-Zielsequenz. Im Fall des Feuerbrandnachweises ist das ein für den Krankheitserreger spezifisches Plasmid“, erklärt Dr. Michael Ernst. Die Zielsequenz wird in Reaktionszyklen vermehrt und durch DNA-bindende Fluoreszenzfarbstoffe mit optischen Messverfahren erfasst. „Mit dem Verfahren wird somit nicht nur die Präsenz des Erregers, sondern auch die Quantität in einer Probe bestimmt“, schildert der Experte für Pflanzenkrankheiten.

Mit Hilfe des PCR-Nachweises untersuchen die drei Forschungspartner nun den Befall von Obstbäumen mit dem Feuerbranderreger und die Mechanismen seiner Ausbreitung. Dabei teilen sie sich verschiedene Aufgaben: Das Institut für Phytomedizin der Universität Hohenheim führt die wissenschaftliche Leitung und Planung der Projekte durch, während sich die Firma Bio-Protect GmbH vor allem um die Sammlung von Freilandproben und die Durchführung der Laboranalysen kümmert. Dr. Michael Ernst vom Büro für Biologische-Ökologische Beratung übernimmt die Datenauswertung und die Erstellung von Publikationen für internationale wissenschaftliche Zeitschriften. Aus den gemeinsamen Studien werden neben dem erweiterten wissenschaftlichen Verständnis auch Ansätze zur verbesserten Bekämpfung des Feuerbrandes in der Landwirtschaft erwartet.

Seeumspannendes Netzwerk am Monitoring beteiligt

Feuerbrandbefallene Apfelunterlage vor (links) und nach (rechts) der Probennahme für die qPCR. © Kunz

Der molekulare Nachweis kommt bei einem bodenseeweiten Feuerbrand-Monitoring zum Einsatz, an dem zahlreiche Beratungseinrichtungen für Obstbauern großes Interesse zeigen. Daher wird der Erregernachweis von der Bio-Protect GmbH auch als Dienstleistung angeboten. Verschiedene Institutionen aus Deutschland, Österreich und der Schweiz beteiligen sich an der Probenahme. Im Jahr 2013 wurden rund um den Bodensee an 102 Standorten Proben gesammelt.

Beim Monitoring wird im Februar mit dem Sammeln und Analysieren von Fruchtmumien begonnen. Dabei handelt es sich um kleine, nicht fertig entwickelte und eingetrocknete Früchte des Vorjahres. Während der Kernobstblüte im Frühjahr werden dann Blüten eingesammelt. Anhand von Wetterprognosen werden mögliche Infektionstage für den Feuerbranderreger berechnet. „Zwei Tage vor einer möglichen Infektion werden die Proben genommen und über Nacht analysiert, so dass am Morgen vor dem Infektionstag ein Überblick über die Erregerverbreitung im Gebiet vorliegt und Empfehlungen für Bekämpfungsmaßnahmen gegeben werden können“, erklärt Kunz.

Die Ergebnisse des Monitorings werden möglichst schnell nach der Analyse an die probenehmenden Beratungseinrichtungen und Obstvermarktungsorganisationen verschickt, die die Analyse finanzieren und ihre Bekämpfungsempfehlungen auf die erhobenen Daten stützen. „Dabei ist es wichtig, über den Prozentsatz der positiven Proben und über die gefundene Erregermenge eine Einschätzung des Gesamtrisikos für das Bodenseegebiet zu erhalten“, führt der Feuerbrand-Experte Kunz aus. Bei geringem Anteil positiver Proben (unter 5 %) gibt es keinen generellen Aufruf für Behandlungen, wenn in den Proben die Erregerzahl niedrig ist (unter 1.000 Bakterien pro Blüte).

„Die systematischen Untersuchungen lassen erkennen, dass die Menge des Erregers eine wesentliche Rolle für den Ausbruch der Krankheit zu spielen scheint. Unterhalb einer bestimmten Mindestmenge ist das Auftreten von Krankheitssymptomen deutlich reduziert“, so Kunz. Gibt es positive Funde, so wird der Anlagenbesitzer direkt informiert. Der Obstbauer weiß dann, dass in seiner Anlage das Infektionsrisiko hoch ist und er während der Blüte bei Eintreten von Infektionsbedingungen Pflanzenschutzmittel ausbringen muss.

Erreger auch in Nicht-Wirtspflanzen

Blühende Birnbäume während der Probennahme © Kunz

Die mit dem Monitoring verbundenen Studien zeigen, dass als Überwinterungsorte des Erregers nicht nur die bereits bekannten „Canker“ (Rindengeschwüre) und symptomfreie, aber dennoch infizierte Triebe in Frage kommen. „Auch Fruchtmumien ermöglichen das Überdauern des Feuerbrand-Bakteriums und dienen somit als Inokulumsquelle, also als Erregerquelle für die Infektion der Blüten im Frühjahr“, erklärt Ernst. Die Studien zeigen, dass eine hohe Nachweishäufigkeit des Erregers in Fruchtmumien in einer erhöhten Häufigkeit infizierter Blüten und in Folge dessen in Krankheitssymptomen an Bäumen resultiert.

Des Weiteren konnten die Forscher Blüten verschiedener Pflanzenarten in infizierten Obstgärten und deren Umfeld als Träger von Feuerbranderregern identifizieren. „Diese Pflanzen sind keine Wirtspflanzen des Bakteriums, das heißt, sie werden selbst nicht geschädigt und zeigen keine Symptome. Die Blüten bieten dem Erreger jedoch eine Überdauerungs- oder sogar Vermehrungsmöglichkeit - und das oft weit über die Dauer der Obstblüte hinaus“, erläutert Ernst. Somit können diese Pflanzen, beispielsweise durch Insekten als Überträger, sowohl eine Reinfektion der Obstbäume ermöglichen als auch unauffällig zur Ausbreitung des Erregers beitragen.

In Zukunft kombinierte Prognosemodelle

Das Monitoring ermöglicht einen früheren Nachweis, lange bevor Wetter-Prognosemodelle das Eintreten von Infektionsbedingungen errechnen. In Zukunft sollen standardmäßig biologische Komponenten wie die real verfügbare Erregermenge in Prognosemodelle einbezogen werden, da ohne Präsenz des Erregers auch keine Infektion erfolgen kann. Obstbauern können nun frühzeitig und genauer als bisher individuelle Empfehlungen für vorbeugende Gegenmaßnahmen erhalten. „Ziel ist es, den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln gezielter vorzunehmen und überflüssige Spritzungen zu vermeiden, um somit den Feuerbrand künftig besser zu handhaben“, erklärt Kunz.

Mehr Informationen:
Dr. Stefan Kunz
Bio-Protect Gesellschaft für Phytopathologie mbH
Lohnerhofstraße 7
D-78467 Konstanz
Tel.: +49 (0) 7531 690 661
Fax: +49 (0) 7531 690 660
E-Mail: kunz(at)bio-protect.de

Dr. Michael Ernst
Wissenschaftliche Dienstleistungen
Postfach 10 05 62
D-78405 Konstanz
Tel.: +49 (0)1578 820 2301
E-Mail: bio-beratung(at)gmx-topmail.de

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