Vorbeugung gegen Fusariumbefall und Toxinbelastung bei Mais durch Resistenzzüchtung

Auftraggeber und Projektleiter

Universität Hohenheim, Forschungsschwerpunkt Biotechnologie und Pflanzenzüchtung (762)

apl. Prof. Dr. Th. Miedaner, Landessaatzuchtanstalt (720)

Prof. Dr. A.E. Melchinger, Institut für Pflanzenzüchtung, Saatgutforschung und Populationsgenetik (350a), Lehrstuhl für Angewandte Genetik und Pflanzenzüchtung

Förderzeitraum

01.04.2006 – 31.03.2009

Kurzfassung

Kolbenfusariosen bereiten in der Landwirtschaft und Lebensmittelindustrie große Probleme, da die Kontamination des Erntegutes mit Mykotoxinen eine massive Gesundheitsgefährdung für Mensch und Tier darstellt. Da eine direkte Bekämpfung der Kolbenfusariosen mit Fungiziden nicht möglich ist, bleibt der Anbau resistenter Sorten das wirksamste Mittel zur Eindämmung dieser Krankheit. Aufgrund des sporadischen Auftretens der Kolbenfusariosen ist der Einsatz künstlicher Inokulationsmethoden notwendig, um eine sichere Selektion von resistenten Genotypen zu gewährleisten. Für frühreifes europäisches Maiszuchtmaterial liegen jedoch bislang keine aussagekräftigen Informationen zur genetischen Variation der Fusarium-Resistenz vor. Im Berichtszeitraum wurde dazu (1) ein Aggressivitätstest mit neun F. graminearum - und acht F. verticillioides - Isolaten durchgeführt, (2) die Resistenz von frühreifen europäischen Inzuchtlinien gegen F. graminearum und F. verticillioides analysiert (Linientest) sowie (3) die Resistenz von 30 Testkreuzungen dieser Inzuchtlinien mit zwei Testern ermittelt.

Der Befall wurde zur Erntezeit als Prozentanteil befallener Kolbenoberfläche bonitiert. Weiterhin wurden die Deoxynivalenol - (DON) und Zearalenon - Gehalte (ZEA) bei den mit F. graminearum inokulierten Prüfgliedern, sowie die Fumonisin-Gehalte (FUM) bei den mit F. verticillioides inokulierten Prüfgliedern mit einem Immunotest bestimmt.

Alle durchgeführten Inokulationen führten zu Befall. Dabei war das Befallsniveau bei F. graminearum in allen Umwelten deutlich höher als bei F. verticillioides. Fehlende, bzw. geringe Genotyp x Isolat- sowie Isolat x Umwelt - Effekte rechtfertigen den Einsatz von Einzel - Isolaten bei der Resistenzprüfung von Maiszuchtmaterial.

Die im Linientest geprüften Inzuchtlinien zeigten signifikante Unterschiede für Befall und Toxinkonzentration, sowohl bei Inokulation mit F. graminearum als auch mit F. verticillioides. Hochsignifikante Genotyp x Umwelt-Effekte bei Infektion mit F. graminearum für Befallsstärke und DON-Konzentration und für Befallsstärke bei F. verticillioides machen eine mehrortige Resistenzprüfung von Zuchtmaterial zwingend erforderlich. Weiterhin ist bei einem Befall mit F. graminearum mit sehr hohen DON und ZEA Belastungen zu rechnen, was besonders ein Risiko für die Verwendung von Maiskolbenschrot in der Schweinefütterung darstellt. Der Zusammenhang zwischen Bonitur und Toxinkonzentration ist bei beiden Erregerarten sehr eng (DON: 0,94**; ZEA: 0,70**; FUM: 0.76**), so dass ein hoher korrelierter Selektionserfolg für Toxinkonzentration bei Selektion auf Befallsstärke zu erwarten ist. Kosten- und arbeitsintensive Toxinanalysen können daher in Resistenzzuchtprogrammen weitgehend eingeschränkt werden.

Trotz der starken Genotyp x Umwelteffekte und des nur mittleren Zusammenhangs zwischen der Befallsbonitur bei Infektion mit F. graminearum und F. verticillioides (r = 0,63**)
konnten in den Prüfungen Genotypen identifiziert werden, welche eine umweltstabile Resistenz gegen beide Erregerarten zeigten.

Weiterhin wurden Testkreuzungen der aus dem Linientest stammenden 30 Flintlinien mit zwei unterschiedlich anfälligen Dentlinien (Tester D23 und P006) auf ihre Resistenzeigenschaften nach künstlicher Inokulation mit F. graminearum untersucht. Zwischen Linieneigenleistung und Testkreuzungsleistung bestand bei beiden  testkreuzungsserien nur ein eher schwacher Zusammenhang für das Merkmal Befallsstärke (Linien x D23: r = 0,57**; Linien x P006: r = 0,48**) und DON-Gehalte (Linien x D23: r = 0,37**; Linien x P006: r =0,47**). Die Leistung von Hybriden für das Merkmal Fusariumresistenz lässt sich daher nicht zuverlässig anhand der Linieneigenleistung vorhersagen. Inzuchtlinien zeigten jedoch für beide untersuchten Merkmale eine größere Spannweite und höhere Heritabilitäten als beide Testkreuzungsserien. Dadurch kann bei Selektion auf Linieneigenleistung ein höherer Selektionsgewinn realisiert werden als in Testkreuzungen. Es wird daher eine mehrstufige Selektion empfohlen, bei der Testkreuzungen oder Experimentalhybriden erst in späteren Selektionsstufen geprüft werden. In dieser Studie konnten keine Unterschiede bei Befall und DON-Gehalten der Körner zwischen Silo– und Körnerreife bei Testkreuzungen festgestellt werden. Eine Ausbreitung des Erregers bzw. eine Verlagerung von DON in die Restpflanze scheint bei Befall des Kolbens nach Erreichen der Siloreife mit F. graminearum nicht zu erfolgen.

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