Pflanzenmorphologische und -physiologische Untersuchungen zur Toleranz in der Wirt-Parasit-Interaktion <i>Beta vulgaris - Heterodera schachtii</i>

Abstract

Als Toleranz bezeichnet man die Eigenschaft von Kulturpflanzen auch bei Nematodenbefall stabile und sichere Erträge zu produzieren im Gegensatz zu empfindlichen Pflanzen. Dagegen beschreibt die Resistenz die Fähigkeit einer Kulturpflanze, die Vermehrung der Schaderreger zu verhindern. In der vorliegenden Arbeit wurde Toleranz an den Zuckerrübensorten 'Penta' (empfindlich) und 'Nematop' (tolerant) und der Hybride Stru1915 (tolerant) untersucht. Topfversuche mit steigenden <i>Heterodera schachtii</i>-Dichten und der Einsatz des Wurzelscanners zur Erfassung verschiedener Wurzelparameter erwiesen sich als ein neues, geeignetes Screeningverfahren für Toleranz bei Jungpflanzen. Es zeigte sich, dass insbesondere die Gesamtwurzellänge und die Anzahl von Seiten- und Feinwurzeln nach Befall mit <i>H. schachtii</i> bei der toleranten Sorte 'Nematop' bzw. der Hybride Stru1915 deutlich erhöht war gegenüber der empfindlichen Sorte 'Penta'. Festgestellt wurde ferner, dass tolerante Zuckerrüben über ein besseres Kompensationswachstum verfügten sowie den Boden intensiver und tiefer zu durchwurzelten und somit Wasser und Nährstoffe besser aufnehmen konnten. Histologische Untersuchungen zeigten, dass Nematodenbefall an der Zuckerrübenwurzel bei den empfindlichen Pflanzen schwere Schäden im Wurzelgewebe verursacht. Ausgedehnte Syncytien füllen stellenweise das Leitbündel vollständig aus. Demgegenüber wurden bei toleranten und resistenten Zuckerrüben die Syncytien bevorzugt am äußeren Rand der Wurzelrinde angelegt, so dass die Leitgefäße in ihrer Funktion unbeeinträchtigt blieben. Es zeigte sich kein Zusammenhang zwischen Toleranz und der Leistungsfähigkeit der Photosynthese. Alle Zuckerrübenkultivare wiesen bei niedrigen und hohen Ausgangsbefallsdichten eine hohe Nettophotosynthese auf. Untersuchungen zum Primärstoffwechsel der Zuckerrübenpflanzen bei <i>H. schachtii-</i>Befall zeigten, dass bei empfindlichen Pflanzen der Kohlenhydrathaushalt durch den <i>H. schachtii</i>-Befall verändert wird. Die Glucosegehalte waren im Verhältnis zu den Saccharosegehalten erhöht. Demgegenüber zeigten tolerante Pflanzen einen ungestörten Kohlenhydratstoffwechsel. Der Glutaminsäuregehalt eignete sich nicht zur Charakterisierung von Toleranz. Tolerante Rüben bleiben ertragsstabil, obwohl sie ähnlich wie empfindliche Rüben bei <i>H. schachtii</i>-Befall reduzierte Glutaminsäuregehalte in den Blättern aufwiesen.

<b>Morphological and physiological studies of tolerance in sugar beet to the cyst nematode <i>Heterodera schachtii</i></b><br /> Tolerance is the ability of a host genotype to withstand or recover from the damaging effects of nematode attack and yield well. Resistance describes the effects of host genes to restrict or prevent nematode multiplication in a host species. To investigate the underlying mechanisms of tolerance three cultivars of sugar beet were chosen, 'Penta' (intolerant), 'Nematop' (tolerant) and Stru1915 (tolerant). Greenhouse experiments with increasing densities of <i>Heterodera schachtii</i> were conducted and growth of roots was measured with a rootscanner. This method allows screening for tolerance on young plants within the first 6 - 8 weeks. Following nematode attack, total root length and number of lateral and fine roots were much higher for the tolerant cultivars 'Nematop' and Stru1915 than for the intolerant cultivar 'Penta'. Furthermore tolerant sugar beets showed a better compensatory root growth, rooted deeper and had a more branched root system. Under nematode attack tolerant plants developed more lateral and fine roots allowing them to remove more water and nutrients from soil. Histological studies showed severe damages of the root tissues of intolerant plants after nematode attack. The syncytia were extended reaching into the vascular system thus interfering with water and nutrient uptake. The syncytia of tolerant and resistant sugar beets were restricted to the outer layer of the cortical cells far away from vascular system. Regarding physiological mechanisms, no correlation between tolerance and photosynthesis was found. All sugar beet cultivars showed high rates of photosynthesis independent from high or low initial nematode densities. Nematode infested intolerant plants showed alterations of the primary metabolism. Glucose concentration increased compared to sucrose in intolerant sugar beets but remained unchanged in tolerant plants. Glutamic acid revealed to be unsuitable for assessing tolerance, i. e. tolerant sugar beets yielded well despite low contents of glutamic acid in leaves similar to those found in intolerant sugar beets.