Visualisierung der Krankheitsentwicklung von Falschem Mehltau an Gurken durch <i>Pseudoperonospora cubensis</i> mittels Thermografie

Abstract

Der Epidemieverlauf des Falschen Gurkenmehltaus durch den obligat biotrophen Erreger <i>Pseudoperonospora cubensis</i> ist in starkem Maße von Umweltbedingungen abhängig. In der vorliegenden Arbeit ermöglichte die kleinräumige Erfassung des Mikroklimas von Gurkenbeständen eine Einschätzung der Infektionsgefahr einzelner Teilflächen. Die tatsächliche Krankheitsentwicklung des Falschen Gurkenmehltaus stand mit dem berechneten Infektionsrisiko der Teilbereiche in engem Zusammenhang. Auf Basis von Mikroklimakarten kann demnach die räumliche Ausbreitung von Falschem Mehltau in einem Gurkenbestand prognostiziert werden.<br /> Im Verlauf der Pathogenese von <i>P. cubensis</i> kommt es zu physiologischen Veränderungen der Wirtspflanze, die in einer Veränderung der aktuellen Transpirationsrate des infizierten Gewebes zum Ausdruck kommen. Aufgrund der negativen linearen Korrelation zwischen Blatttemperatur und Transpirationsrate konnte mittels digitaler Infrarot-Thermografie die Krankheitsentwicklung von Falschem Mehltau an Gurkenblättern zerstörungsfrei erfasst und indirekt in Thermogrammen visualisiert werden. In Abhängigkeit des Stadiums der Pathogenese reduzierte bzw. erhöhte ein Befall mit <i>P. cubensis</i> die Temperatur des infizierten Blattgewebes. Die räumliche und zeitliche Dynamik im Temperaturmuster infizierter Gurkenblätter ließ unter kontrollierten Bedingungen eine Differenzierung zwischen infizierten und gesunden Gurkenblättern bereits vor Auftreten der ersten Symptome von Falschem Mehltau zu. Demgegenüber traten Temperaturanomalien bei mit Echtem Mehltau befallenen Gurkenblättern erst mit der Entstehung von Mehltaupusteln auf der Blattoberfläche auf. Im Weiteren wiesen insbesondere die Umweltbedingungen zum Zeitpunkt der thermografischen Aufnahmen sowie die Wasserversorgung und das Blattalter einen Einfluss auf die Blatttemperatur auf. Versuchsbedingungen, welche die Transpirationsrate des Gewebes steigern, erwiesen sich in Laborexperimenten als günstig, Veränderungen in der Blatttemperatur infizierter Blätter möglichst frühzeitig nachzuweisen.<br /> Unterschiedliche Befallsstärken des Falschen Gurkenmehltaus führten in Freilandexperimenten zu Abweichungen in der Oberflächentemperatur innerhalb eines Gurkenbestands, die mittels Thermografie erfasst werden konnten. Der Einfluss von Umweltfaktoren und die Unspezifität des Parameters Bestandestemperatur erschweren allerdings die Interpretation der Thermogramme hinsichtlich einer Objektivierung der Erfassung des Krankheitsbefalls.

<b>Visualisation of downy mildew development of cucumber due to <i>Pseudoperonospora cubensis</i> using thermography</b><br /> The epidemic of downy mildew of cucumber, caused by the obligate biotrophic oomycete <i>Pseudoperonospora cubensis</i>, is strongly depending on environmental conditions. In this study, small-scale measurements of the microclimate in cucumber fields allowed estimation of intra-field variation referring to the risk of downy mildew infection. The development of downy mildew disease under field conditions was closely related to the heterogeneity of the calculated infection risk. Hence, the distribution of downy mildew within cucumber fields is predictable applying maps of the microclimate.<br /> Pathogenesis of <i>P. cubensis</i> resulted in various changes in the metabolic processes within cucumber leaves including changes in the transpiration rate of infested tissue. Due to the negative correlation between transpiration rate and leaf temperature, digital infrared thermography permitted a non-invasive monitoring and an indirect visualisation of downy mildew development on cucumber leaves. Depending on the stage of pathogenesis, the infection of <i>P. cubensis</i> resulted either in a decrease or in an increase in leaf temperature. Under controlled conditions these changes in leaf temperature of infected leaves allowed the discrimination between healthy and infected leaves in thermograms, even before visible symptoms of downy mildew appeared. In contrast, first distinct changes in the temperature of the cucumber leaves infected with powdery mildew only occurred with the appearance of symptoms on the upper leaf side. In addition, the environmental conditions during thermographic measurement in particular air temperature and humidity, as well as the water content and the age of the leaf influenced the temperature of its' surface. In laboratory assays environmental conditions enhancing the transpiration rate of leaf tissue facilitated the detection of changes in leaf temperature of infected leaves at early stages of infection. <br /> Under field conditions differences in the incidence of downy mildew within a cucumber field caused deviations in the canopy temperature as visualised by digital infrared thermography. The application of thermography in the field in order to improve an objectivity and reliability of disease assessment is limited due to the influence of environmental conditions and the lack of specificity of the parameter canopy temperature, and thermograms have to be analysed thoroughly in order to avoid misinterpretations.