DE102005048520A1 - Verfahren zur Prophylaxe und Therapie von Mykosen bei Nutz- und Zierpflanzen sowie bei Gehölzen, insbesondere in hydroponischen Systemen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prophylaxe und Therapie von Mykosen bei Nutz- und Zierpflanzen sowie bei Gehölzen. Anwendungsgebiete sind der Gemüse- und Zierpflanzenbau insbesondere in hydroponischer Kultur sowie die Forstwirtschaft. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prophylaxe und Therapie von Mykosen bei Pflanzen zu entwickeln und Präparate zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in das wässrige Milieu zur Versorgung der Pflanze eine Zugabe von N- und O-glykosidspaltenden Enzympräparaten aus Mikroorganismen erfolgt. DOLLAR A Es wurde gefunden, dass der Einsatz von Glycosylasen (EC 3.2), vorzugsweise Glycosidasen (EC 3.2.1), insbesondere von Mischungen von diesen (nachfolgend als Enzympräparate bezeichnet) aus Mikroorganismen vorzugsweise der Gattungen Trichoderma und Bacillus zu einer Hemmung bzw. Lyse phytopathogener Pilze führt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prophylaxe und Therapie von Mykosen bei Nutz- und Zierpflanzen sowie bei Gehölzen. Anwendungsgebiete sind der Gemüse- und Zierpflanzenbau insbesondere in hydroponischer Kultur, sowie die Forstwirtschaft.
• Mykosen führen bei Nutz- und Zierpflanzen sowie bei Gehölzen jährlich zu hohen wirtschaftlichen Verlusten. Insbesondere bei hydroponischem Anbau von Gemüse und Zierpflanzen in Unterglaskulturen spielen Pilze (vor allem Oomyceten, wie Phytophthora, Pythium und Peronospora) als Ursache für Pflanzenkrankheiten eine besondere Rolle (Malathrakis & Goumas, 1999; Paulitz & Berlanger, 2001). Im Gemüse-(insbesondere Kartoffel und Tomate), Zierpflanzen- und Weinbau sowie in der Forstwirtschaft sind sie von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung. Die Kartoffel wird z.B. weltweit auf einer landwirtschaftlich genutzten Fläche von 18,1 Mio. ha angebaut. Die wichtigste Mykose beim Kartoffelanbau, deren Bedeutung durch die Ausweitung des Anbaus in wärmere Klimate noch zugenommen hat, ist der Oomycet Phytophthora infestans, des Erregers der Kraut- und Knollenfäule (Oerke und Steiner, 1996), dessen Ausbreitung nur durch ständigen Fungizideinsatz kontrolliert werden kann (mehr als 235 Mio. US$ jährlich allein für den Kartoffelanbau). Der gesamte Markt allein für Fungizide umfasst 5,5 Mrd. US$ pro Jahr (Powell & Jutsum, 1993).
• Oomyceten verfügen über bewegliche Zoosporen. Ihr Eindringen in eine Gewächshauskultur über das Bewässerungssystem oder über Insekten kann nicht verhindert werden. Die zirkulierende Nährlösung führt zu einer schnellen Verbreitung der Infektion im gesamten System und unter extremen Bedingungen zum Totalausfall einer Kultur. Aufgrund des großen technischen Aufwandes und der damit verbundenen Kosten stellen Ertragsverluste ein hohes wirtschaftliches Risiko dar (Paulitz, 1997). Hinzu kommt, dass es für hydroponische Kultivierung zur Zeit keine zugelassenen Pflanzenschutzmittel gibt (Gemüse, 10/2004). Für diesen sich stark entwickelnden Bereich des Gemüse- und Zierpflanzenbaus besteht daher besonderer Handlungsbedarf. Weltweit wird eine Gewächshausfläche von ca. 307.000 ha mit steigender Tendenz bewirtschaftet (Gullino et al., 1999). Die Unterglasanbaufläche in Deutschland beträgt ca. 1500 ha (ZMP-Marktbilanz Gemüse, 2001). Für Ländern wie Niederlande und Spanien ist der Unterglasanbau von weitaus größerer Bedeutung.
• Gegenwärtig entwickelt sich der Pflanzenschutz in zwei Richtungen: Zum einen ist dies die Entwicklung klassischer chemischer Pflanzenschutzmittel, welche für die moderne Landwirtschaft unverzichtbar sind, zum anderen ist es die Entwicklung eines biologisch integrierten Pflanzenschutzes. An chemische Pflanzenschutzmittel werden im Hinblick auf Wirksamkeit, Selektivität, Spezifität und biologische Abbaubarkeit ständig höhere Anforderungen gestellt. Zahlreiche traditionelle Verbindungen wie chlorierte Kohlenwasserstoffe (Aldrin, DDT, DDD, Dieldrin, Kelthan) sind mittlerweile vom Markt genommen. Zunehmend stehen aber auch gegenwärtig eingesetzte chemische Pflanzenschutzmittel (z.B. ortho-Phenylphenol E 231 oder Thiabendazol E 233) in der Kritik. Sie zeigen zahlreiche schädliche Nebenwirkungen, die ihren Einsatz problematisch machen. Dazu gehören neben der Schädigung der Kulturpflanze Geschmacksveränderungen bei den Früchten, toxische Wirkungen auf zahlreiche Nützlinge, Entwicklung resistenter Schädlingspopulationen, unvollständiger Abbau durch Mikroorganismen und dadurch eine zu lange Persistenz und Anreicherung im Boden sowie schließlich die Auswaschung in das Grundwasser und die Anreicherung in der Nahrungskette von Mensch und Tier. (Quelle: Umweltlexikon – www.umweltlexikon-online.de).
• Etablierte Verfahren des biologisch integrierten Pflanzenschutzes sind der Einsatz von Nutzorganismen gegen Insekten, der Einsatz bodenbürtiger bakterieller und pilzlicher Antagonisten sowie die Verwendung von Pflanzenextrakten. Zu den bedeutendsten antagonistisch wirksamen Organismengattungen gehören unter den Bakterien Bacillus, Pseudomonas und Streptomyces sowie unter den Pilzen Trichoderma, Coniothyrium und Verticillium. Besondere Bedeutung erlangten in diesem Zusammenhang das Bakterium Bacillus subtilis, das als „plant growth promoting rhizobacterium" (PGPR) phytosanitär wirksame Stoffwechselprodukte ausscheidet und die Pilz-Gattung Trichoderma, deren Stämme als „Biocontrol Agent" genutzt werden (Kücük, C. and M. Kivanc, 2002; DeMarco, J.L., et al., 2003).
• Die Bekämpfung von Pathogenen im Wurzelbereich erdloser Kulturen erfolgt gegenwärtig mittels physikalischer Verfahren wie UV-Behandlung (100 MJ/cm² – Abtötung von Pilzen und Bakterien; 250 MJ/cm² – Abtötung von Viren) oder Erhitzung der Nährlösung (30 Sekunden 95°C oder 180 Sekunden 85°C), die technische Voraussetzungen und zusätzlichen Energieaufwand erfordern. Der Einsatz von Sandfiltern ist für viele Pathogene nicht effektiv, Membranfilter verursachen dagegen zu hohe Kosten. Ozonbehandlung (10 g pro Stunde) oder der Einsatz von H₂O₂ (100–500 ppm) sind nicht effektiv.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prophylaxe und Therapie von Mykosen bei Pflanzen zu entwickeln und Präparate zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen.
• Die Aufgabe der Erfindung wird durch die in den Ansprüchen beschriebenen Maßnahmen gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in das wässrige Milieu zur Versorgung der Pflanze eine Zugabe von N- und O- glykosidspaltenden Enzympräparaten aus Mikroorganismen erfolgt.
• Es wurde gefunden, das der Einsatz von Glycosylasen (EC 3.2.), vorzugsweise β-Glucanhydrolasen, insbesondere von β-glucanspaltenden Enzymgemischen (EC 3.2.1.6) (nachfolgend als Enzympräparate bezeichnet) aus Mikroorganismen, vorzugsweise der Gattungen Trichoderma und Bacillus zu einer Hemmung bzw. Lyse phytopathogener Pilze führt.
• Die Enzympräparate werden in einer bestimmten Art und Weise aufgearbeitet und die Einsatzbedingungen so gewählt, dass sie aktiv sind und der phytopathogene Pilz gehemmt wird, um eine optimale Entwicklung der Pflanze zu gewährleisten. Dabei erfolgt die Aufarbeitung der Enzympräparate in einer Auftrennung ihrer Bestandteile über Adsorption, Absorption oder nach Molekulargewichten, insbesondere durch Membranfiltration, wie Ultrafiltration oder chromatographische Techniken wie Größenausschluss-, Ionenaustausch- und Affinitätschromatographie oder eine Flüssig/Flüssig-Extraktion.
• Der Charakteristik der spezifischen Erkrankung folgend erfolgt die Enzymapplikation gegen Blattpathogene (im Gemüsebau ist hier vor allem der „Falsche Mehltaupilz" [Phytophthora infestans] zu nennen) durch Behandlung der oberirdischen Pflanzenteile (z.B. durch Sprühbehandlung) mit Konzentrationen eines glykosidspaltenden Enzympräparates von 1 bis 5 × 10⁵ IU pro Liter (1 IU = Enzymaktivität, die pro Minute 1 μMol Glucoseäquivalente freisetzt). Bevorzugt ist eine Dosis von 5 × 10² bis 10⁴ IU Glykosylasen in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen der Einzelenzyme pro Liter Wasser. Bekämpfung von Infektionen im Wurzelbereich der Pflanze konzentriert sich vor allem auf die geschlossenen Kreisläufe hydroponischer Anlagen. Die glykosidspaltenden Enzympräparate werden bei dieser Anwendung in Endkonzentrationen von 0,001 bis 10⁵ IU, vorzugsweise von 10² bis 10⁴ IU, pro Liter der Nährlösung zugesetzt. Für hydroponische Systeme besteht darüber hinaus die Möglichkeit der Applikation der Enzympräparate in die Versorgungstanks für Wasser oder Nährlösung. Für diese präventive Maßnahme werden die glykosidspaltenden Enzympräparate bevorzugt in Konzentrationen von 1 bis 10⁶ IU, vorzugsweise 103 bis 10⁵ IU, pro Liter eingesetzt. In Abhängigkeit von Erkrankung, Spezifität des Enzympräparates und Applikationsvariante erfolgt die Zugabe von Enzympräparat kontinuierlich oder in Intervallen.
• Der Einsatz von Enzymen vom Typ der Nicht – Stärke – Polysaccharid (NSP) – Hydrolasen zur Prophylaxe und Therapie pilzlicher Phytopathogene wird durch eine Reihe von Befunden gestützt. Die Expression bestimmter Enzyme ist Bestandteil des Abwehrmechanismus eines Organismus gegen bestimmte Pathogene. Dieses Prinzip ist sowohl im Tier- als auch im Pflanzenreich verbreitet. So diagnostiziert Kudo in der Befruchtungshülle von Fischeiern eine breite Palette hydrolytischer Enzyme, die geeignet sind, den parasitischen Oomyceten Saprolegnia parasitica zu hemmen (Kudo, S., 1991, 1992, 2000). Es liegen Erfahrungen in der Bekämpfung Oomyceten – basierter Fischmykosen mit komplexen Enzympräparaten aus Trichoderma spp. vor (WO 2004/002574 A1 Biopract GmbH).
• Im Weizen (Triticum aestivum L.) werden zwei antifungale Hydrolasen [β-1,3-Glucanase (EC 3.2.1.39) und Chitinase (EC 3.2.1.14)] als Abwehrreaktion gegen den Getreiderost (Puccinia graminis) exprimiert (Münch, S. et al., 1997). Im Prozess des Sekundär- oder Hyperparasitismus als antagonistischen Mechanismus von Trichoderma spielt auch seine Enzymbildung eine entscheidende Rolle. Diese Enzyme sind nicht toxisch für die Pflanze (Scala, F. et al., 1998). Im Gegensatz zu pflanzlichen Enzymen bauen Chitinasen und Glucanasen aus Trichoderma nicht nur die unreifen Wände an den Hyphenspitzen ab, sondern auch den starken Chitin-Glucan-Komplex reifer Zellwände sowie von Überlebensstrukturen wie Sklerotien und Chlamydosporen (Monte, E., 2001).
• Die erfindungsgemäße Wirkung der Enzympräparate, die sich in der Zurückdrängung der Mykosen und der Verhinderung von Neuinfektion manifestiert, wird dadurch erreicht, dass die glycosidspaltenden Enzyme als Gemische eingesetzt werden. Diese Gemische werden aus Kulturüberständen von Mikroorganismen gewonnen oder aus nach Molekulargewicht separierten Fraktionen von diesen. Die Komponenten werden vorzugsweise in wässrigem Milieu im Bereich von pH 4,0 bis 8,0 zur Lyse der Zellwand oben genannter Pilze eingesetzt. Sie werden bei einer Wassertemperatur von 4 bis 34°C, vorzugsweise bei 20–32°C, eingesetzt.
• Eine Steigerung der Wirkung der Enzympräparate gegen Mykosen wird dadurch erreicht, dass in Kombination mit diesen Enzymen andere Agenzien, vorzugsweise Polysaccharide, Polykationen oder Proteine eingesetzt werden, die an exponierte Zellwandbereiche der phytopathogenen Pilze binden und gegebenenfalls die Fibrillenstrukturen auflockern. Durch die Auflockerung der Fibrillen wird die Wirkung der Enzympräparate verstärkt.
• Die Erfindung soll nachfolgend durch Beispiele näher erläutert werden:
• Beispiel 1:
• Hygienisierung der Wasser- und Nährlösungstanks für geschlossene hydroponische Systeme
• In den Wasser- und Nährlösungstanks geschlossener hydroponischer Anlagen wurde eine Konzentration von 5 × 10³ IU Enzympräparat pro Liter bezogen auf die Aktivitätshöhe glykosidspaltender Enzyme eingestellt. Entsprechend der vorgegebenen Enzymkonzentration wurde bei Zulauf von Frischwasser oder Nährlösung die erforderliche Menge Enzympräparat zugesetzt. Dem Wasser- oder der Nährlösung wurde eine 1 : 10 – Verdünnung des konzentrierten Enzympräparats unter intensiver Rührung zugegeben, so dass die geforderte Endkonzentration resultierte. Auf diese Weise wurde die Entwicklung phytopathogener Pilze oder Entwicklungsstadien von diesen für den Zeitraum von einer Woche wirkungsvoll unterdrückt.
• Beispiel 2:
• Verhinderung von Mykosen im geschlossenen hydroponischen Anbau gärtnerischer Unterglaskulturen durch diskontinuierliche Dosage glykosidspaltender Enzympräparate in die zirkulierende Nährlösung
• In den Zulauf einer hydroponischen Anlage erfolgte die Dosierung eines glykosidspaltenden Enzympräparates für das Zeitintervall von 60 Minuten in Abhängigkeit von der Nährlösungsdurchflussmenge, so dass eine Enzymkonzentration von 5 × 10² IU pro Liter bezogen auf die Aktivitätshöhe an glykosidspaltenden Enzymen resultierte. Die Dosierung erfolgt 2 mal täglich. Die rückfließende Enzymmenge wird im Nährlösungsvorratsgefäß verdünnt. Diese Restaktivität führte zu einer Hygienisierung der Nährlösung im Vorratsbehälter.
• Beispiel 3:
• Krankheitsunterdrückende Wirkung punktueller Blattapplikation mit glykosidspaltenden Enzympräparaten gegen Blattpathogene
• Pflanzenpathogene der Abteilung Oomycota, die Pflanzenkrankheiten über die Infektion der Blätter oder des Sprosses hervorrufen (insbesondere Vertreter der „Falschen Mehltaupilze") wurden über Sprühapplikation mit einem glykosidspaltenden Enzympräparat 1 mal täglich behandelt, so dass die Oberfläche aller oberirdischen Pflanzenteile gleichmäßig benetzt wurde. Das zur Behandlung eingesetzte Enzympräparat hatte eine Enzymkonzentration von 2,5 × 10³ IU pro Liter bezogen auf die Aktivitätshöhe glykosidspaltender Enzyme. Die Entwicklung phytopathogener Pilze an den behandelten Pflanzenteilen wurde auf diese Weise wirkungsvoll verhindert.
• Literatur:
• PAULITZ, T.C. 1997: Biological control of root pathogens in soilless and hydroponic systems. HortScience 32, 193–196
• PAULITZ, T.C. BELANGER, R.R. 2001: Biological control in greenhouse systems. Annu. Rev. Phytopathol. 39, 103–133
• SCALA F., S.L. WOO, 1. GARCIA, A. ZOINA, E. FILIPPONE, J.-A. PINTOR-TORO, G. DEL SORBO, B. ALOJ and M. LORITO. 1998. Transgenic tobacco and potato plants expressing antifungal genes from Trichoderma are resistant to several plant pathogenic fungi. 7th International Congress of Plant Pathology, August 9–16 1998, Edinburgh, Scotland, Offered Papers Abstracts – Volume 3: 5.3.10.
• KÜCÜK, C. and M. KIVANC 2002: Isolation of Trichoderma spp. And determination of their antifungal, biochemical and physiological features. Türk. J. Biol. 27, 247–253
• MALATHRAKIS, N.E., GOUMAS, D.E. 1999: Fungal and bacterial diseases. See Ref. 4 pp. 34–47.
• MONTE, E. 2001: Uderstanding Trichoderma: between biotechnology and microbiol ecology. Int. Microbiol. (4), 1–4
• MÜNCH, S., NEUHAUS, J.M., BOLLER, T., KEMMERLING, B. and K.H. KOGEL 1997: Expression of β-1,3-glucanase and chitinase in healthy, stem rust-affected and elicitor-treated near-isogenic wheat lines showing Sr5 or Sr24-specific rust resistance. Planta 201, 235–244
• OERKE, E.CH. und U. STEINER 1996: Ertragsverluste und Pflanzenschutz: Die Anbausituation für die wirtschaftlich wichtigsten Kulturen. Schriftenreihe der deutschen Phytomedizinischen Gesellschaft, Eugen Ulmer GmbH & Co., Stuttgart DE MARCO, J.L.; VALADARES-INGLIS, M.C. and C.R. FELIX, 2003: Production of hydrolytic enzymes by Trichoderma isolates with antagonistic activity against Crinipellis perniciosa, the causal agent of witches' broom of cocoa. Brazilian J. Microbiol. 34, 33–38
• KUDO, S. and C. TESHIMA, 1991: Enzyme activities and antifungal action of fertilization envelope extract from fish eggs. The Journal of Experimental Zoology 259, 392–398
• KUDO, S., 1992: Enzymatic basis for protection of fish embryos by the fertilization envelope. Experientia 48, 277–281
• KUDO, S., 2000: Enzymes responsible for the bactericidal effect in extracts of vitelline and fertilisationenvelopes of rainbow trout eggs. Zygote 8, 257–265
• WO 2004/002574 A1 Biopract GmbH, Berlin; LEIBNITZ-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei im Forschungsverbund Berlin e.V. Verfahren zur Prophylaxe und Therapie von Mykosen bei Fischen und Wirbellosen und deren Entwicklungsstadien. Powell, K. A., Jutsum, A. R. (1993) Technical and commercial aspects of biocontrol products. Pestic. Sci. 37, 315–321.

Claims (12)

1. Verfahren zur Prophylaxe und Therapie von Mykosen bei Nutz- und Zierpflanzen sowie bei Gehölzen insbesondere in geschlossenen hydroponischen Systemen, dadurch gekennzeichnet, dass in das wässrige Milieu zur Versorgung der Pflanze eine Zugabe von N- und O- glykosidspaltenden Enzympräparaten aus Mikroorganismen erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enzympräparate Glykosylasen, vorzugsweise β-Glucanhydrolasen in unterschiedlichen Anteilen enthalten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Enzympräparate aus Mikroorganismen, vorzugsweise der Gattungen Trichoderma und Bacillus eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enzympräparate in einer bestimmten Art und Weise aufgearbeitet und die Einsatzbedingungen so gewählt werden, dass sie aktiv sind und der phytopathogene Pilz gehemmt wird, um eine optimale Entwicklung der Pflanze zu gewährleisten.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufarbeitung der Enzympräparate in einer Auftrennung ihrer Bestandteile über Adsorption, Absorption oder nach Molekulargewichten besteht, insbesondere durch Membranfiltration, wie Ultrafiltration oder chromatographische Techniken wie Größenausschluss-, Ionenaustausch- und Affinitätschromatographie oder eine Flüssig/Flüssig-Extraktion.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Enzympräparate bei der Bekämpfung blattpathogener Pilze in einer Dosis von 1 bis 5 × 10⁵ IU pro Liter, vorzugsweise 5 × 10² bis 10⁴ IU Glykosylasen in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen der Einzelenzyme pro Liter Wasser in zeitlicher Intervallbehandlung, vorzugsweise einer Sprühbehandlung, den oberirdischen Pflanzenteilen appliziert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Enzympräparate bei der Bekämpfung wurzelpathogener Pilze, vorzugsweise in hydroponischen Anlagen, der Nährlösung oder dem Wasser zur Zubereitung der Nährlösung in den Tanks so zudosiert werden, dass Endkonzentrationen von 1 bis 10⁶ IU pro Liter, vorzugsweise von 10³ bis 10⁵ IU pro Liter resultieren.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Enzympräparate bei der Bekämpfung wurzelpathogener Pilze, vorzugsweise in hydroponischen Anlagen, der Nährlösung kontinuierlich oder in Intervallen zugegeben werden, so dass Enzymkonzentrationen von 0,001 bis 10⁵ IU, vorzugsweise von 10² bis 10⁴ IU pro Liter Nährlösung resultieren.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Enzympräparate im Wasser und/oder der Nährlösung bei pH 4,0–8,0, vorzugsweise bei pH 4,5 bis 7,5 eingesetzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Enzympräparate bei Temperaturen von 4 bis 34°C, vorzugsweise bei 20 bis 32°C eingesetzt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Enzympräparate in Kombination mit weiteren Agenzien, vorzugsweise Polysacchariden, Polykationen oder Proteinen eingesetzt werden, die an exponierte Zellwandbereiche der phytopathogenen Pilze binden und gegebenenfalls deren Fibrillenstrukturen auflockern.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den in Kombination mit Enzympräparaten eingesetzten Agenzien um Proteine, vorzugsweise Fibrillen auflockernde Proteine handelt.