Weizenpflanzen wurden in Klimakammern bei unterschiedlichen Ozon-Immissionsmustern exponiert und der Einfluss der Schadgasbelastung auf das Pathosystem Weizen-<i> Mycosphaerella graminicola</i> untersucht. Die Wirkung eines ...

In den Jahren 2006 und 2007 wurde die räumliche Verteilung von Fusarium spp. und assoziierter Mykotoxine in natürlich infizierten Weizenfeldern auf der Regionalebene und auf der Bestandesebene untersucht. Auf der Regionalebene lagen die beprobten Flächen 100 m bis 10 km auseinander, während auf der Bestandesebene in einem 20 m x 20 m-Raster beprobt wurde. Ein Großteil der Untersuchungen wurde auf rekultivierten Flächen durchgeführt, da deren Bodenhomogenität die Analyse räumlicher Verteilung erleichtert. Die Bestimmung des Befalls mit Fusarium spp. geschah mikrobiologisch und mittels quantitativer PCR. Die Mykotoxinkontamination wurde mit einer Analysemethode (LC-ESI/MS) zum simultanen Nachweis von 32 Mykotoxinen durchgeführt. <br /> Vorherrschende Arten auf den Flächen auf der Regionalebene waren in beiden Jahren F. avenaceum und F. poae. Auch F. culmorum und F. graminearum wurden regelmäßig isoliert. Im Jahr 2006 traten zusätzlich F. proliferatum und F. tricinctum auf. Die Häufigkeit befallener Körner lag mit 7,2 % und 5,9 % in beiden Jahren auf einem ähnlichen Niveau. Unterschiedliche Witterungsbedingungen zwischen Blüte und Ernte führten jedoch zu deutlich unterschiedlichen Befallsintensitäten in beiden Jahren (68 pg mg-1 in 2006, 513 pg mg-1 in 2007). Die Mykotoxine Deoxynivalenol, Zearalenon und Enniatin B wurden in allen Proben nachgewiesen, was deren hohe Bedeutung für die Getreideproduktion unterstrich. 3-Acetyldeoxynivalenol, Moniliformin, Monoacetoxyscirpenol und Nivalenol traten vereinzelt auf, dann aber in relativ hohen Konzentrationen<br /> Die Häufigkeit Fusarium-befallener Körner zeigte in vielen Fällen eine Aggregation im Bestand, was auf die heterogene Verteilung von Ernteresten der Vorfrüchte zurückzuführen war. Bei der Befallsintensität herrschten zufällige räumliche Verteilungen vor. In einigen Fällen wurde eine Tendenz zur Aggregation oder regelmäßigen Verteilung nachgewiesen. Die räumliche Verteilung der Mykotoxinbelastung war abhängig vom Mykotoxin. So traten Deoxynivalenol und Moniliformin vorwiegend zufällig verteilt auf, Enniatin B regelmäßig verteilt und Nivalenol, Zearalenon sowie Zearalenol zeigten ein aggregiertes Auftreten. Der Nachweis verschiedener Verteilungen für die Befallsparameter unterstrich die Bedeutung angepasster und optimierter Beprobungs- und Monitoringstrategien, um die Situation im Bestand adäquat abbilden zu können. <br /> Isolate von F. graminearum aus einem Weizenbestand wiesen eine ähnlich hohe genetische Diversität auf wie Populationen auf höheren Skalenebenen....
<strong>Occurrence of Fusarium head blight in wheat fields - spatial distribution of Fusarium species and associated mycotoxins</strong><br /> Investigations into the spatial distribution of Fusarium spp. and associated mycotoxins in naturally infected wheat fields were carried out in 2006 and 2007, both on a regional and a local scale. On the regional scale the distances between the sampled fields were 100 m to 10 km, whereas the sampling on the local scale was carried out in a 20 m x 20 m-grid. A major part of the investigations took place on recultivated lots where the putative homogeneity of the soil substrate was thought to facilitate the analysis of spatial distributions. Infection with Fusarium spp. was analysed both microbiologically and using quantitative PCR. Mycotoxin contamination was determined using a liquid chromatography method (LC-ESI/MS) for simultaneous detection of 32 mycotoxins.<br /> Predominant species in both years were F. avenaceum and F. poae, whereas F. culmorum and F. graminearum occurred less frequently. In 2006 F. proliferatum und F. tricinctum were also isolated from wheat kernels. The frequency of infected kernels was similar in both years, at 7.2 % in 2006 and 5.9 % in 2007. However, different climatic conditions in the period from flowering to harvest resulted in major differences in fungal biomass between years (68 pg mg-1 in 2006 and 513 pg mg-1 in 2007). The mycotoxins deoxynivalenol, zearalenone and enniatin B were detected in each sample, demonstrating their high relevance in the production of small grain cereals. 3-acetyldeoxynivalenol, moniliformin, monoacetoxyscirpenol and nivalenol were isolated less frequently, but in relatively high concentrations.<br /> The frequency of infected kernels showed aggregated patterns in half of the fields, which was explained by aggregations of residues of the previous crop. The spatial distribution of fungal biomass most frequently had random patterns, although in some cases a tendency to regular and aggregated patterns was observed. The spatial distribution of mycotoxin contamination depended on the mycotoxin. Deoxinivalenol and moniliformin showed predominantly random patterns, whereas enniatin B was largely distributed regularly. Nivalenol, zearalenone and zearalenole showed aggregated patterns. The occurrence of different patterns for the various disease parameters demonstrated the high relevance of adjusted and optimised sampling and monitoring strategies for analysing the disease situation in the field.<br /> Isolates of F. graminearum from one wheat canopy showed a similar high level of genetic diversity to populations on larger scales....

Das Verfahren der Einlagerung von gequetschtem Futtergetreide in Folienschläuchen mit einer Schlauchpresse mit integrierter Walzenquetsche (Crimper-Bagger) stellt eine technische Alternative zu konventionellen Techniken ...

Intensive cropping systems, improper use of fertilizers or no fertilizer application, and unreliable and poor quality of irrigation water have led to declining soil fertility in the district of Hyderabad, Pakistan. To date, ...

High and volatile food prices can push people into poverty, impact production and consumption, discourage investments, and lead to social unrest. Thus, due to occasional global food shortages as in 2007/08 and frequent ...

The key objective of the present thesis was to early assess physiological modifications of wheat plants due to biotic and abiotic stresses by means of non-destructive fluorescence measurement techniques. <br /> Experiments at leaf level were conducted under laboratory conditions, whereupon two economical important biotrophic fungi in wheat production, Puccinia triticina and Blumeria graminis, as well as nitrogen deficiency as the most significant factor in terms of nutrient management, were selected for representative studies. <br /> Experiments with the PAM-imaging system showed that the quantum yield of non-regulated energy dissipation in PSII (Y(NO)) is the most promising parameter for screening wheat plants for leaf rust resistance. Measurements revealed a stronger pathogen-triggered increase of the Y(NO) values in the susceptible than in the resistant cultivar. Thereby, the most appropriate time for a reliable differentiation between was two days after inoculation. Preliminary experiments with densities of up to 20 000 spores per ml in case of fast fluorescence kinetic parameters, and up to 100 000 spores per ml in case of slow kinetic parameters, revealed that changes in the fluorescence signals were not related to physical masking. <br /> The assessment of fluorescence lifetime and UV-induced spectra were adopted for the detection of leaf rust (Puccinia triticina) in three resistant in comparison to four susceptible cultivars. A combination of spectral and lifetime characteristics revealed pre-symptomatic alterations of fluorescence indicating changes in the content of chlorophyll and secondary metabolites. The determination of the B/G amplitude ratio seemed to be the most appropriate parameter for early detection of fungal infection. Discrimination between resistant and susceptible cultivars to the leaf rust pathogen might be feasible by monitoring the amplitude ratio of B/R fluorescence at three days after inoculation. In addition, mean lifetime at 440, 500 and 530 nm should be considered; these parameters revealed a more pronounced difference between control and inoculated leaves in the resistant cultivars. <br /> UV-induced spectral signature as well as mean fluorescence lifetimes are suitable approaches for sensing powdery mildew (Blumeria graminis) as early as one day after inoculation. The decreased amplitude ratio B/G as well as the increased G/R and G/FR half-bandwidth ratios in inoculated as compared to control leaves, were appropriate parameters to detect fungal development. In addition, the increased mean lifetime in inoculated leaves in the wavelength range of 500-620 nm may enable a distinction between healthy and diseased leaves. Additional experiments revealed an increased mean lifetime of the green fluorescence as early as ten to twelve hours after the first host-pathogen interaction.<br /> Fluorescence intensity measured between 370 and 800 nm provided to be a useful tool to address the challenge of discrimination between nitrogen deficiency and fungal diseases. Precisely, the amplitude ratio R/FR was suited for early detection, and gives a basis for discrimination between N-full-supply, N-deficiency, N-full-supply + pathogen and N-deficiency + pathogen. In addition, the blue-green fluorescence yielded important information targeting a possible discrimination between the evaluated multiple stress factors. Besides, several more fluorescence amplitude ratios and half-bandwidth ratios for leaf rust as well as half-bandwidth ratios for powdery mildew were found to be applicable for early detection of both leaf rust and powdery mildew infection, irrespective of the nitrogen status of the plants....
<strong>Potenzial von Fluoreszenztechniken unter besonderer Berücksichtigung der Fluoreszenzlebenszeit-Bestimmung zur Erfassung und Differenzierung biotischen und abiotischen Stresses in Triticum aestivum L.</strong><br /> Zielsetzung dieser Arbeit war es, mittels Fluoreszenz-Messtechniken am Beispiel von Weizenpflanzen die durch biotischen und abiotischen Stresss induzierten physiologischen Veränderungen zu ermitteln. <br /> Die Versuche wurden unter Laborbedingungen auf Blattebene durchgeführt, wobei zum einen zwei ökonomisch bedeutende biotrophe, pilzliche Erreger des Weizenanbaus, Puccina triticina und Blumeria graminis, sowie zum anderen Stickstoffmangel als bedeutendster Vertreter des Nährstoffmanagements, für repräsentative Studien ausgewählt wurden. <br /> Die Versuche unter Einsatz des PAM-Imaging Systems ergaben, dass die Quantenausbeute der nicht regulierten Energieabgabe in Photosystem II (Y(NO)) der vielversprechendste Parameter für das Screening von gegenüber Braunrost resistenten Weizenpflanzen ist. Die Messungen dokumentieren, dass der Pathogen-induzierte Anstieg von Y(NO) in der anfälligen Sorte stärker ausgeprägt war als in der resistenten Sorte. Der geeignetste Zeitpunkt für eine verlässliche Differenzierung war zwei Tage nach der Inokulation (dai). Vorangegangene Versuche mit Sporendichten von 20.000 Sporen/ml im Falle von Parametern der schnellen und von 100.000 Sporen/ml bei Parametern der langsamen Fluoreszenzkinetik haben gezeigt, dass die Änderungen in den Fluoreszenzsignalen nicht auf eine physikalische Maskierung zurückzuführen waren.<br /> Die Erfassung der Fluoreszenzlebenszeit und UV-induzierten Spektren wurde für die Erkennung von Braunrost (P. triticina) bei drei resistenten im Vergleich zu vier anfälligen Sorten eingesetzt. Eine Kombination von spektralen und zeitlich aufgelösten Charakteristika lieferte prä-symptomatische Änderungen der Fluoreszenz, die auf Änderungen im Chlorophyllgehalt sowie sekundären Metaboliten hinwiesen. Die Erfassung des B/G-Amplituden-Verhältnisses scheint der geeignetste Parameter zur Früherkennung einer pilzlichen Infektion zu sein. Eine Unterscheidung zwischen gegenüber Braunrost-sensitiven und -resistenten Sorten erscheint mittels Erfassung des B/R Amplituden-Verhältnisses 3 dai möglich. Dabei sollte allerdings eine zusätzliche Aufnahme der mittleren Fluoreszenzlebenszeit bei 440, 500 und 530 nm Berücksichtigung finden; diese Parameter zeigten nämlich bei den resistenten Sorten ausgeprägtere Unterschiede zwischen Kontroll- und inokulierten Blättern.<br /> UV-induzierte spektrale Signaturen sowie die Mittlere Fluoreszenzlebenszeit sind geeignete Ansätze zur Erfassung von Echtem Mehltau (B. graminis) bereits einen Tag nach Inokulation. Das erniedrigte B/G-Amplituden-Verhältnis sowie die erhöhten G/R- und G/FR-Halbwertsbreiten-Verhältnisse, in inokulierten im Vergleich zu Kontroll-Blättern, waren probate Parameter zur Erkennung des Pilzbefalls. Des Weiteren scheint die erhöhte Mittlere Fluoreszenzlebenszeit in inokulierten Blättern im Wellenlängenbereich von 500-620 nm eine Unterscheidung zwischen gesunden und erkrankten Blättern zu ermöglichen. Zusätzliche Versuche ließen eine erhöhte mittlere Lebenszeit der Grün-Fluoreszenz bereits zehn Stunden nach der ersten Wirt-Pathogen-Interaktion erkennen.<br /> Die Fluoreszenzintensität, gemessen zwischen 370 und 800 nm, stellt einen geeigneten Parameter für eine Diskriminierung zwischen Stickstoffmangel und pilzlicher Erkrankung dar. Das Amplituden-Verhältnis R/FR repräsentiert eine gute Grundlage sowohl für die Früherkennung als auch für eine Differenzierung zwischen N-Vollversorgung, N-Mangel, N-Vollversorgung+Pathogen und N-Mangel+Pathogen. Weitere vielversprechende Ansätze für eine mögliche Diskriminierung zwischen den evaluierten multiplen Stressfaktoren lieferte die Blau-Grün-Fluoreszenz. Darüber hinaus wurden mehrere Amplituden- und Halbwertsbreiten-Verhältnisse für eine Früherkennung der Pathogeninfektion, unabhängig vom Stickstoffversorgungsgrad der Pflanze, als geeignet befunden....

In dieser Arbeit wird die systematische Untersuchung der Kleberproteine von Winterweizen aus Organischem Landbau der Ernten 1997 bis 1999 beschrieben. <br /> Ziel ist es, anhand der qualitätsbestimmenden Proteinfraktionen ...

In mehrjährigen Untersuchungen wurde der Einfluss pflanzenbaulicher Maßnahmen des Organischen und integrierten Anbaus auf die Pflanzengesundheit von Weizen im Rheinland erfasst. Hierbei wurden die Auswirkungen des Standorts, ...

Die digitale Infrarot-Thermografie ermöglicht eine abbildende, flächige Messung der Ober-flächentemperatur von Pflanzen (-beständen), deren Verteilung in einem Geoinformations-system untersucht werden kann. <br /> Die ...

In large areas of the world wheat production is highly affected by soil salinity. Increasing the genetic variability of currently used wheat varieties is an efficient approach to overcome production losses and prevent food insecurity. Synthetic hexaploid wheat is widely regarded as donor of favorable exotic alleles with respect to tolerance against biotic and abiotic stress factors such as salinity stress. The objective of the present study was to identify genomic regions, which contribute to salinity tolerance at various growth stages in wheat. Therefore, the 151 advanced backcross lines (AB-lines) of the winter wheat population “Z86” (BC₂F_3:7), containing introgressions of the synthetic hexaploid wheat Syn86L in the background of the German elite cultivar Zentos, were employed in this study. Salt stress experiments were conducted at germination and seedling stage as well as under field conditions with natural salinization in Uzbekistan in three consecutive years. At various growth stages, the AB-lines of the Z86 population and their parents were differently affected by salt stress. At the same molar concentration of salts, the impact of sodium sulfate (Na₂SO₄) on plants growth was higher than of sodium chloride (NaCl). Notably, for most studied parameters the recurrent elite parent Zentos was performing better than the synthetic parent Syn86, the donor of exotic alleles. In respect to root and shoot length Syn86 surpassed the elite cultivar. <br /> In this study, several non-destructive sensor technologies were used which allow accurate and continuous monitoring of morpho-physiological parameters of plants exposed to salinity stress. These data present the first report of a dual-mode microwave resonator which was allowing accurate estimation of water content as well as the ionic conductivity in leaves of mono- and dicotyledonous plants. Additionally, measurement of the photosynthetic rate of plants exposed to salt shock revealed highly significant genotype by treatment interaction effect 20 minutes after initiation of salt stress, where Zentos was performing better than Syn86.<br /> In order to detect genomic regions associated with the measured traits under salinity stress the Z86 population was genotyped using the iSelect 90K chip. After data cleaning 11,050 polymorphic SNP marker remained which were applied for quantitative trait loci analysis (QTL) for the 48 studied traits. Using SAS 9.4 the multi-locus approach incorporated in the hierarchical QTL model was able to reduce the number of false-positive putative QTL and hence endorsed the power of detected true QTL. In summary, 116 QTL main effects (including QTL with epistatic effects) and 165 QTL for marker by treatment interaction (including QTL with epistatic by treatment interaction) were detected. One of the major QTL showing pleiotropic effects, among them on shoot dry weight under salinity stress, was found on the short arm of chromosome 7D at 29.97 cM. In-silico analysis of the QTL chromosome region revealed a gene coding for TaGSTu3, an enzyme belonging to the tau-class of the glutathione S-transferase family (GST). GSTs are well known for their role in detoxification of reactive oxygen species (ROS) in plants, which is highly increased under salinity stress. Gene expression analysis at three time-points during the seedling stage (10, 16 and 30 days after salt application) revealed higher expression of TaGSTu3 in Zentos under salinity stress and decreased expression in the comparing parent Syn86. This is the first report of atau-class GST found to contribute significantly to salinity tolerance in wheat. <br /> The present study successfully identified QTL from elite cultivar Zentos as well as from the donor germplasm Syn86.The detected favorable alleles introgressed in the AB-lines of the Z86 population can be directly employed in breeding programs via marker-assisted selection for efficiently breeding cultivars with improved salinity tolerance and desired agronomic traits....
<strong>Genetische und physiologische Charakterisierung von Merkmalen im Bezug auf Salztoleranz in einer Rückkreuzungspopulation von Weizen</strong><br /> Die Versalzung der Böden beeinträchtigt in weiten Teilen der Welt die Weizenproduktion. Zum Ausgleich von hohen Ertragseinbussen, bzw. zur Sicherung der Ernährung der Bevölkerung, könnte eine zunehmende genetische Variabilität von aktuell genutzten Weizensorten einen effizienten Lösungsansatz bieten. Synthetischer hexaploider Weizen wird als Quelle von nützlichen exotischen Allelen im Hinblick auf Toleranzen gegenüber biotischen und abiotischen Stressfaktoren, wie etwa Salzstress angesehen. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Lokalisation von genomischen Regionen, die zur Salztoleranz von Weizen in verschiedenen Entwicklungsstadien beitragen. Dazu wurden 151 AB-Linien (Advanced Backcross) der Winterweizenpopulation "Z86" (BC₂F_3:7) untersucht, welche vorteilhafte Gene des synthetischen hexaploiden Weizens Syn86L im Hintergrund der deutschen Eliteweizensorte Zentos beinhaltet. Experimente unter Salzstress wurden sowohl im Keimungs- und Jungpflanzenstadium, als auch unter natürlichen Bedingungen in Usbekistan in drei aufeinanderfolgenden Jahren auf Feldern mit hoher Salinität durchgeführt. Die AB-Linien als auch ihre Eltern waren zu unterschiedlichen Entwicklungsstadien verschieden stark vom Salzstress betroffen. Bei Natriumsulfat (Na₂SO₄) führte die gleiche molare Salzkonzentration zu einer stärkeren Schädigung der Pflanzen als bei Natriumchlorid (NaCl). Bei den meisten untersuchten Parametern schnitt der rekurrente Eliteelter Zentos besser ab als der synthetische Elter Syn86. Nur im Hinblick auf Wurzel- und Sprosslänge übertraf Syn86 den Kulturweizen. Für dieses Projekt kamen verschiedene nicht-invasive Sensortechnologien zum Einsatz, welche ein akkurates und kontinuierliches Beobachten der morphophysiologischen Parameter bei den gestreßten Pflanzen erlaubten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Dual-Mode Mikrowellensensor präsentiert, der zerstörungsfrei sowohl den Wassergehalt, als auch die Ionenleitfähigkeit von mono- und dikotylen Pflanzen erfasst. Außerdem wurden in dieser Arbeit erstmalig Daten von Weizenpflanzen präsentiert, die einem plötzlichen Salzschock zugeführt wurden. Hierbei konnte festgestellt werden, dass genotypisch signifikante Unterschiede 20 Minuten nach der Initiation von Salzstress feststellbar waren, wobei Zentos höhere Photosyntheseraten aufzuweisen hatte als Syn86.<br /> Um genomische Regionen zu detektieren, die mit den untersuchten Merkmalen unter Salzstress assoziieren, wurde die Z86-Population mit dem iSelect 90K Chip genotypisiert. Die nach der Datenreinigung verbliebenen 11.050 polymorphen Single-Nucleotide Polymorphism (SNP) Marker wurden im Rahmen der Quantitative Trait Loci (QTL) Analyse für die 48 untersuchten Merkmale verwendet. Durch Verwendung von SAS (Version 9.4) wurde das Multi-Locus-Verfahren in das hierarchische QTL-Model eingebunden, um die Zahl der Falsch-positiven QTL zu reduzieren und dadurch die Aussagekraft der echten QTL zu verstärken. Hierbei wurden insgesamt 116 QTL für Haupteffekte (inklusive QTL mit epistatischen Effekten) und 165 QTL für die Interaktion mit der Behandlung (inklusive QTL mit epistatischen Effekten in Interaktion mit der Behandlung) detektiert. Ein bedeutendes QTL mit pleiotropischen Effekten (u.a. für das Sprosstrockengewicht unter Salzstress) wurde auf dem kurzen Arm des Chromosoms 7D mit der Position 29,87 cM gefunden. In-silico-Analyse der QTL-Region des Chromosoms ergab ein Gen, das für TaGSTu3, ein Enzym der tau-Klasse aus der Familie Glutathion-S-Transferasen (GST), kodiert. Die GSTs sind bekannt für ihre Rolle bei der Detoxifikation von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) in Pflanzen, die unter Salzstress vermehrt produziert werden. Die Gen-Expressions-Analysen an drei Zeitpunkten (10, 16 und 30 Tage nach der Applikation von Salzstress) des Jungpflanzenstadiums von Weizenpflanzen zeigte eine höhere Expression von TaGSTu3 in Zentos im Vergleich zu Syn86, bei der die Expression von TaGSTu3 unter Stressbedingungen sank. In dieser Arbeit wurde erstmalig der signifikante Beitrag der GST aus der tau-Klasse zur Salztoleranz von Weizen nachgewiesen.<br /> Die vorliegende Studie hat erfolgreich QTL identifiziert, wobei die günstigen Allele sowohl von der Eliteweizensorte Zentos als auch von dem synthetischen Weizen Syn86 stammen. Die detektierten nützlichen und exotischen Allele, die in den AB-Linien der Z86-Population vorhanden sind, können direkt in Züchtungsprogrammen über Marker-Aßisted Selection eingebunden werden. Dadurch kann zur effizienteren Züchtung von Sorten mit salztoleranten als auch weiteren bevorzugten agromischen Merkmalen beigetragen werden....