DE102012013760A1

DE102012013760A1 - Reduktion der Sklerotienbildung durch Rhizoctonia solani auf Kartoffeln im Boden durch Angießen einer wässrigen Mischung von Harnstoff, Kalziumhydroxid und einem Urease-produzierenden Bakterium

Info

Publication number: DE102012013760A1
Application number: DE201210013760
Authority: DE
Inventors: Guido Albert
Original assignee: LAND RHEINLAND PFALZ VERTRETEN D D MIN PRAES; Land Rheinland-Pfalz Vertreten D D Min Pras Dieser Vertreten Durch Das Ministerium fur Umwelt Landwirtschaft Ernahrung Weinbau und Forsten
Current assignee: LAND RHEINLAND PFALZ VERTRETEN D D MIN PRAES; Land Rheinland-Pfalz Vertreten D D Min Pras Dieser Vertreten Durch Das Ministerium fur Umwelt Landwirtschaft Ernahrung Weinbau und Forsten
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: DE102012013760B4

Abstract

Problemstellung Rhizoctonia solani ist ein Basidiomyzet mit der Hauptfruchtform Thanatephorus cucumeris. Er verursacht jedes Jahr erhebliche Verluste im erwerbsmäßigen Kartoffelanbau. Der Krankheitsprozess beginnt entweder durch eingeschlepptes Inokulum am Pflanzgut oder durch bodenbärtiges Inokulum in Form von Sklerotien und Myzel an abgestorbenen Pflanzenresten, das 3–4 Jahre ohne die Kartoffel als Wirtspflanze dort überdauern kann. Bisher ist eine wirkungsvolle Bekämpfung von Infektionen durch Bodeninokulum nicht möglich, obwohl fast 100 Jahre darüber geforscht worden ist. Die einzige Methode, die Infektion durch bodenbürtiges Inokulum zu verhindern ist eine Anbaupause von Kartoffeln von mindesten 3–4 Jahren. Gegenüber Infektionen durch Bodeninokulum besitzen die zugelassenen Rhizoctonia-Beizmittel nur unzureichende Wirkung. Lösung des Problems Im Rahmen Laboruntersuchungen wurde festgestellt, dass Ammoniak als freies NH3-Molekül Sklerotien von Rhizoctonia solani auf Pflanzkartoffeln abtöten kann. Diese Ergebnisse konnten Freilandversuch bestätigt werden, allerdings war damit eine Schädigung des Pflanzgutes nicht zu vermeiden, was zu Auflaufschäden mit steigender Ammoniakkonzentration geführt hatte. Da sich Sklerotien von Rhizoctonia solani auf den Kartoffelknollen erst nach der Krautabtötung bilden, wurde Ammoniak erst zu diesem Zeitpunkt auf die Kartoffeln im Feld appliziert. Um Ammoniak an die Kartoffelknollen zu bekommen wurde Harnstoff in Kombination mit Uresse-bildenden Bakterien und Calciumhydroxid zur pH – Erhöhung mittels Giessverfahren auf den Boden appliziert. Am gleichen Tag wurde das Kraut der Kartoffelpflanzen abgetötet. Die Sklerotienbildung auf den Ernteknollen konnte mit diesem neuartigen Verfahren um bis zu 95 gehemmt werden. Nicht nur die Befallshäufigkeit sondern auch die Befallsstärke war deutlich reduziert. Einen solch starken Effekt kann selbst ein Fungizid bei Rhizoctonia im Boden nicht bewirken. Neuartig daran ist die Form und der Zeitpunkt der Applikation sowie die Zusammensetzung der Gießlösung und nicht offensichtlich war die hohe und sichere Wirkung dieser Maßnahme gegen Rhizoctonia.

Description

Angaben über das Zustandekommen der Erfindung
In Kartoffelanbaugebieten – wie z. B. der Vorderpfalz – haben sich viele Landwirte aufgrund wirtschaftlicher Rahmenbedingungen auf den Anbau dieser Kultur spezialisiert. Dies hat zur Folge, dass sich die Intensität erhöht und damit die Fruchtfolge zwangsläufig enger wird. In der Saison 2009 haben z. B. die pfälzischen Kortoffelanbaubetriebe verheerende Verluste durch Rhizoctonia- und Drahtwurmbefall erlitten. Etwa 15% der gemeldeten Flächen wurden nicht beerntet wegen zu hoher Qualitätsmängel durch diese beiden Schaderreger. Dies bedeutet für den Landwirt einen Verlust von ca. 4000 €/ha.
Rhizoctonia solani ist ein Basidiomyzet mit der Hauptfruchtform Thanatephorus cucumeris. Der Pilz kann ohne Wirtspflanze mehrere Jahre im Boden entweder als Myzel an Pflanzenresten oder in Form von Dauerorganen (Sklerotien) überleben.
Rhizoctonia solani ist keine einheitliche Pilzspezies, sondern ein Sammelbegriff für genetisch sehr unterschiedliche Individuen, die sich hinsichtlich ihrer Wirtsspezifität unterscheiden. Da R. solani keine Konidien und nur selten Basidiosporen bildet, ist die Einteilung dieser Pilze über sogenannte Anastomosegruppen vorgenommen worden. Die Anastomomosegruppe AG3 ist diejenige Gruppe, die fast ausschließlich an Kartoffeln parasitiert. Bisher sind 14 Anastomosehauptgruppen beschrieben und zahlreiche Untergruppen, die etwa 230 Pflanzenarten befallen können. Da AG3 sehr stark wirtsspezifisch ist, werden andere Kulturen wie Mais oder Zuckerrübe nicht von AG3 befallen. An Mais und Zuckerrübe verursacht AG 2-2 Symptome, nicht aber AG3 und umgekehrt. Auch apathogene AG's wurden beschreiben.
Der Krankheitsprozess beginnt entweder durch eingeschlepptes Inokulum am Pflanzgut oder durch bodenbärtiges Inokulum in Form von Sklerotien und Myzel an abgestorbenen Pflanzenresten, das 3–4 Jahre ohne die Kartoffel als Wirtspflanze dort überdauern kann. Allerdings reduziert sich die Inokulummenge mit jedem Jahr ohne Kartoffel. Eine Prognosemethode zur exakten Abschätzung des Befallsrisikos durch das Bodeninokulum gibt es noch nicht. Die Erfindung kam durch Kombination verschiedener Elemente aus der angewandten Mykologie, der Mikrobiologie, des Speisepilzanbaus und des biologischen Pflanzenschutzes zustande. Dabei wurde durch die Idee, Ammoniak im Freiland wirken zu lassen, das Versuchskonzept erstellt, im Feld durch Harnstoff, Urease-bildende Bakterien und pH-Regulator Ammoniak in situ zu erzeugen.
Beschreibung der Erfindung
a.) Welches technische Problem wird durch die Erfindung gelöst?
Rhizoctonia ist eine der häufigsten Krankheiten an Kartoffeln weltweit. Alle Stadien von der Keimung bis zur Abreife der Knollen können geschädigt werden. Dagegen ist die Auswirkung auf den Ertrag nicht besonders hoch, nur in Ausnahmenfällen bei ungünstigen Witterungsbedingungen kann es bei starkem Stängelbefall zu Ertragsverlusten kommen. Der Befall von Stolonen führt zu Missbildungen an Knollen und zu Wachstumsrissen. Wenn der Assimilatetransport durch die Gewebezerstörung stärker behindert wird, kommt es zur Bildung von Luftknollen. Auch das Einrollen der Blätter ist eine Folge davon.
Wirtschaftliche Einbußen erleidet der Landwirt vor allem durch die Sklerotienbildung auf dem Erntegut. Da immer mehr Konsumware in Supermärkten gewaschen und unverpackt angeboten wird, werden solche Qualitätsmängel im Verkaufsregal deutlich sichtbar. Besonders auffällig sind Sklerotien auf feinschaligen Sorten. Daher sind mit Sklerotien besetzte Speisekartoffeln nicht vermarktungsfähig: In der Praxis bedeutet dies den Totalverlust einer Ernte.
Im Rahmen der Projektarbeiten zur Feststellung des bodenbürtigen Befalls und zur Pflanzguthygienisierung von Rhizoctonia solani AG3 an Kartoffeln im Anbaugebiet Vorderpfalz wurden Laborversuche durchgeführt, das mit Rhizoctonia solani befallene Pflanzgut durch eine Behandlung mit Ammoniak zu hygienisieren. Die Ergebnisse zeigten eine gute Sklerotien-abtötende Wirkung des Ammoniaks, allerdings auch eine konzentrationsabhängige Beeinflussung der Keimfähigkeit der Knollen. Diese keimhemmende Wirkung konnte in einem Freilandversuch bestätigt werden.
Da in diesem Freilandversuch stark mit Rhizoctonia-verseuchtes Pflanzgut verwendet worden war und genügend Kontrollen zur Verfügung standen, wurde auf meine eigene Initiative ein vollkommen neuartiges Konzept zur Skelrotienreduktion auf den noch im Boden befindlichen Knollen experimentell überprüft:
b.) In welcher Weise wurde das Problem bisher gelöst? (Stand der Technik)

Anbaupause von mindestens 3–4 Jahren

c.) Welche Nachteile besitzen die bekannten Lösungen (Kritik des Standes der Technik)
Bisher ist eine wirkungsvolle Bekämpfung von Infektionen durch Bodeninokulum nicht möglich, obwohl fast 100 Jahre darüber geforscht worden ist. Die einzige Methode, die Infektion durch bodenbärtiges Inokulum zu verhindern ist eine Anbaupause von Kartoffeln von mindesten 3–4 Jahren. Wegen der Spezialisierung der Betriebe in der Vorderpfalz ist dies jedoch meist nicht möglich. Gegenüber Infektionen durch Bodeninokulum besitzen die zugelassenen Rhizoctonia-Beizmittel nur unzureichende Wirkung.
d.) Welche Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde?
Die Sklerotien von Rhizoctonia solani bilden sich auf den Kartoffelknollen erst nach der Krautabtötung. Wenn man also zum Zeitpunkt der Krautabtötung Ammoniak im Boden rund um die Knollen erzeugt wird, führt dies zu einer so starken Schädigung des Rhizoctonia-Myzels im Boden, dass die Skelrotienbildung reduziert, verzögert oder gar ganz unterbunden werden kann.
e.) Wie wird diese Aufgabe durch die Erfindung gelöst?
Verhinderung der Sklerotienbildung von Rhizoctonia an Pflanz- oder Wirtschafts- oder Konsumkartoffeln durch eine Behandlung zum Zeitpunkt der Krautabtötung (+/-5–8 Tagen)
Die Sklerotienbildung wird verhindert durch die Ausbringung von Harnstoff in einer Menge von 1 g bis 250 g pro Pflanze, vorzugsweise 10–50 g pro Pflanze (muss noch experimentell bestätigt werden) in Kombination mit einem Uresse-bildenden Bakterium wie z. B. Sporosarcina pasteurii. Möglicherweise reichen auch die im Boden vorhandenen Uresse-bildner aus, um den Harnstoff zu zersetzen. Damit der aus Harnstoff gebildete Ammoniak nicht zu schnell in das ungiftige Ammonium-Ion übergeht, muss der pH – Wert für eine gewisse Zeit im Boden im basischen Bereich, möglichst über pH 9, gehalten werden. Dies wird durch Zusatz eines stark basisch reagierenden Stoffes wie z. B. Calciumhydroxid erreicht.
Alle drei Komponenten werden in einer ausreichenden Menge Wasser suspendiert bzw. gelöst und mit geeigneten Geräten auf die Pflanzen appliziert. Dabei muss die Wassermenge so hoch sein, dass die im Boden befindlichen Knollen von der Mischung auch benetzt werden können. Sollte se kurz nach der Behandlung zu, Niederschlag kommen oder ist eine Beregnungsanlage installiert, kann dadurch die auszubringende Wassermenge reduziert werden, da dann die Stoffe genügend tief in die Erde eingewaschen würden.
f.) Worin ist das wesentlich Neue der erfindungsgemäßen Lösung zu sehen?
Neuartig daran ist die Form und der Zeitpunkt der Applikation sowie die Zusammensetzung der Gießlösung und nicht offensichtlich war die hohe und sichere Wirkung dieser Maßnahme gegen Rhizoctonia.
g.) Welche Vorteile werden durch die Erfindung erzielt
Man kann das Befallsrisiko leicht prognostizieren, indem man ca. 3 Wochen vor dem Krautabtöten eine Stichprobe von 30 bis 40 Pflanzen pro ha mit Reglone abtötet und vor dem Zeitpunkt der eigentlichen Krautabtötung bonitiert. Somit kann man das Befallsrisiko exakt vorhersagen. Dann kann man ggf. die Gießbehandlung zur Hemmung der Sklerotienbildung durchführen. Der Vorteil eines solchen Vorgehens besteht darin, dass man nur zu behandeln braucht, wenn auch wirklich eine konkrete Befallssituation gegeben ist. Eine Rhizoctonia-Bekämpfung zu solch einem späten Zeitpunkt war bisher noch nicht möglich.
Da Ammoniak auch gegen viele andere pathogene Mikroorganismen wirkt, ist es denkbar, dass auch andere Pathogene der Kartoffel, wie Helminthosporium solani, Phytophthora infestans oder Erwinia-Bakteriosen durch solch eine Behandlung bekämpft werden können, da diese Erreger auch vom Boden aus die Tochterknollen befallen.
h.) Welche Vorteile hat die Erfindung in wirtschaftlicher Sicht?
Die wirtschaftlichen Vorteile liegen klar auf der Hand:
Bei einem drohenden Verlust pro ha von 4000–5000 Euro bei starkem Sklerotienbesatz ist eine solche Maßnahme selbst dann noch wirtschaftlich, wenn sie hohe Kosten von 1000.- Euro oder mehr verursachen würde.
Ausführungsbeispiel:
Ammoniak (NH₃) wirkt in wässriger Lösung nur als Base molekular gelöst toxisch. Unter sauren Bedingungen nimmt Ammoniak ein Proton auf und reagiert zum Amminiumion (NH₄ ⁺). NH₄ ⁺ ist nicht toxisch. Damit genügend molekularer Ammoniak auf das Myzel im Boden einwirken kann, müssen basische Bedingungen rund um die Knollen im Boden geschaffen werden. Ammoniak und Ammonium stehen bei einem pH Wert von 9,21 im Gleichgewicht (PKs = 9,21 (NH₃/NH₄ ⁺, in Wasser)).
Wenn man also Ammoniak im Boden für einige Zeit molekular verfügbar halten möchte, muss man den pH möglichst über 9 und höher halten.
Ammoniak selbst lässt sich aus Harnstoff im Boden erzeugen, wenn genügend Feuchtigkeit vorhanden ist und Uresse-bildende Bakterien im Boden vorhanden sind. Wenn allerdings der pH Wert sehr hoch ist, werden viele Bakterien im Wachstum gehemmt. Daher wurde es notwendig, ein Urease-bildendes Bakterium dazu zu geben, das auch bei hohem pH Wert noch genügend Urease bilden kann. Ein solches Bakterium ist Sprorsarcina pasteurii. Zur pH Erhöhung wurde eine Lösung aus 20 g Ca(OH)₂ pro Liter Gießwasser verwendet.
Herstellung der Gießlösung:

5 Liter Wasser
plus 250 g Harnstoff
plus 100 g Ca(OH)2
plus 300 ml Bakteriensuspension S. pasteurii von 5 Petrischalen in 2 Liter Peptonlösung

Es wurden also 6 × 5 Kartoffelpflanzen aus den Kontrollparzellen mit der Gießlösung 30 Minuten vor der Krautabtötung mittels Reglone behandelt. Auf jede Pflanze wurde 1 Liter Gießlösung gegeben. Zur Kontrolle wurden ebenfalls 5 Pflanzen mit Reglone behandelt aber ohne die Gießlösung. Nach 3 Wochen wurden die Knollen von Hand geerntet. Die Knollen wurden gewaschen und 20 Knollen pro Parzelle auf Befall mit Rhizoctonia-Sklerotien bonitiert auf Befallshäufigkeit und Befallsstärke in 4 Klassen.
Boniturschema:

Befallshäufigkeit in %: % Anteil Knollen mit Befall

Befallsstärke:

1

= kein Pockenbesatz

2

= 1–5 Pocken/Knolle

3

= 6–10 Pocken/Knolle

4

= > 10 Pocken/Knolle

Ergebnis:

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst: Tab. 1: Ergebnisse des Giessversuches Niederhilbersheim 2011 zur Reduktion der Sklerotienbildung durch Rhizoctonia solani auf Kartoffelknollen im Boden zum Zeitpunkt der Krautabtötung.

Behandlung	Rhizoctonia solani Pocken Befallshäufigkei t in %	Befallsklasse 4 in %
Berber unbehandelt 1B	70,00%	65,00%
Berber unbehandelt 1C	90,00%	85,00%
Berber H + C + B 1B	15,00%	0,00%
Berber H + C + B 1C	50,00%	10,00%
Berber FZB 24 8A	100,00%	95,00%
Berber FZB 24 8B	100,00%	90,00%
Berber FZB 24 H + C + B 8A	1000%	0,00%
Berber FZB 24 H + C + B 8B	30,00%	0,00%
Annabelle unbehandelt 9A	95,00%	95,00%
Annabelle unbehandelt 9B	100,00%	95,00%
Annabelle H + C + B 9A	5,00%	0,00%
Annabelle H + C + B 9B*	65,00%	45,00%

H + C + B bedeutet: Gießlösung aus Harnstoff, Kalziumhydroxid und Bakteriensuspension
*) Diese Parzelle erhielt nur eine Teilmenge der Gießlösung
Die Sklerotienbildung konnte um bis zu 95% ( bei Vgl. 9A) gehemmt werden. Besonders die Befallsklasse 4 war immer stark reduziert. Einen solch starken Effekt kann selbst ein Fungizid bei Rhizoctonia im Boden nicht bewirken.
Sind weitere Personen an der Erfindung beteiligt?
Nein
Sind weitere Personen mit der praktischen Durchführung der Erfindung oder sonst in nicht erfinderischer Weise mit der Erfindung befasst?

1. Carina Hattemer als Praktikantin/Studentin der FH Bingen Tätigkeiten nach Anleitung durch Dr. Guido Albert: Knollendesinfektion mit Ammoniaklösungen Vitalitätstest von Sklerotien Keimtest von behandelten Kartoffelknollen im Gewächshaus Mithilfe bei der Versuchsvorbereitung des Freilandversuches Mithilfe bei den Bonituren des Freilandversuches Mithilfe bei der Ernte des Freilandversuches
2. Bernd Lenhard, Mitarbeiter des DLR-RNH, Bad Kreuznach Vorbereitung der Versuchsfläche Legen der Pflanzkartoffeln mittels Pflanzmaschine zusammen mit Carina Hattemer und Dr. Guido Albert Rodung und Abtransport der Kartoffeln aus dem Versuch Krautabtötung und Mithilfe bei den Behandlungen nach Anweisung
3. Christian Wach, Gartenpflege, Mutterstadt, bezahlte Aushilfe gegen Rechnung Mithilfe bei den Erntearbeiten und Auswertung der Kartoffelknollen am 22.9.2011

Claims

Beansprucht wird ein Verfahren zum Schutz der Kartoffelknolle vor Befall mit phytopathogenen Erregern mittels Applikation einer Kombination aus Harnstoff als Bakteriennährstoff, pH Regulator und einer Bakteriensuspension bestehend aus Bakterien mit Ureaseaktivität um den Zeitpunkt des Krautabsterbens bzw. Krautabtötung Beispielhaft für die Wirksamkeit der Methode ist hier die Wirkung gegen Rhizoctonia solani an Kartoffeln dargestellt. Als pH Regulator kommen Salze mit basischen Eigenschaften zum Einsatz speziell Calciumhydroxid oder Calciumoxid. Als Bakteriensuspension kommen Bakterien vorzugsweise der Gattung Bacillus oder Sporosarcina zur Anwendung, die Urease bilden können. Beispielhaft wurde hier die Spezies Sporosarcina pasteurii (syn. Bacillus pasteurii) verwendet. Als Applikationsverfahren werden alle Verfahren beansprucht, die die Mischung als wässrige Suspension im Giessverfahren, Spritz- bzw. Sprühverfahren, Ausbringung mittels Beregnung oder Bodeninjektionsverfahren an die zu schützenden Kartoffelknollen im Boden heranbringen. Alternativ zur wässrigen Suspension können auch trockene Fertigformulierungen bestehend aus Harnstoff, Calciumsalz und gefriergetrockneten Bakterien ausgebracht werden, die dann beregnet werden. Anwendungsgebiet Ein besonderer Vorteil der Methode besteht darin, dass man den Rhizoctonia-Befall von Ernteknollen noch spät in der Vegetationsperiode verhindern kann. Hinzu kommt der Vorteil, dass man das Befallsrisiko leicht prognostizieren kann, indem man ca. 3 Wichen vor dem Krautabtöten eine Stichprobe von 30 bis 40 Pflanzen pro ha mit Reglone abtötet und vor dem Zeitpunkt der eigentlichen Krautabtötung bonitiert. Somit kann man das Befallsrisiko exakt vorhersagen. Dann kann man ggf. die Gießbehandlung zur Hemmung der Sklerotienbildung durchführen. Der Vorteil eines solchen Vorgehens besteht darin, dass man nur zu behandeln braucht, wenn auch wirklich eine konkrete Befallssituation gegeben ist. Eine Rhizoctonia-Bekämpfung zu solch einem späten Zeitpunkt war bisher noch nicht möglich. Die wirtschaftlichen Vorteile liegen klar auf der Hand: Bei einem drohenden Verlust pro ha von 4000–5000 Euro bei starkem Sklerotienbesatz ist eine solche Maßnahme selbst dann noch wirtschaftlich, wenn sie hohe Kosten von 1000.- Euro oder mehr verursachen würde.