Investigations on pathogenicity, invasion biology and population dynamics of the Pine Wood Nematode <em>Bursaphelenchus xylophilus</em> (Steiner und Buhrer 1934) Nickle 1970 in European conifers

Abstract

The objectives of the present study were to identify potential European host trees for the Pine Wood Nematode (PWN) and to investigate the interrelationship between PWN, host trees and temperature.<br /> Inoculation experiments with a life stage mixture of 2400 to 4000 <em>B. xylophilus</em> per sapling were conducted with three to four year old saplings in greenhouse and climate chambers adjusted at 25 C. To evaluate the development of Pine Wilt Disease (PWD), symptoms were assessed in six wilt classes and water content of wood and needles were recorded. Nematodes were extracted from shoots and roots using a modified Baermann funnel technique. <br /> To determine the effect of <em>B. xylophilus</em> on mortality of <em>P. sylvestris,</em> nematodes were inoculated in 140 saplings with seven densities: 100, 300, 800, 2400, 4000, 6000, 10000. Nematodes were extracted four and twelve weeks after inoculation or at plant death if that occurred before end of experiment. Inoculum densities had no influence on mortality rate which was in general high (70-90 %). Higher population densities in saplings after four weeks were related to higher inoculum densities.<br /> After screening 13 conifer species, <em>P. sylvestris, P. cembra, P. nigra, P. strobus, P. pinaster, P. radiata, P. mugo </em>and<em> L. decidua</em> could be identified as potential sensitive and susceptible hosts for <em>B. xylophilus</em> isolates from Portugal, China and North America. <em>L. kaempferii</em> was moderately susceptible and <em>P. pinea</em> was only susceptible against the isolate from Portugal. <em>A. alba, P. abies </em>and<em> P. halepensis</em> were no hosts for <em>B. xylophilus</em>.<br /> Migration and population dynamics of PWN was studied on <em>P. sylvestris</em> saplings. Plants were divided into 17 segments and nematodes were extracted from each segment at nine sampling dates within a 27 day period after inoculation. The nematode population density per sapling reached three population peaks, 12, 19 and 27 days after inoculation. PWN could be isolated from all 17 segments six days after inoculation. Results indicate that <em>B. xylophilus</em> first migrate rapidly throughout the host before building up a high population level. Nematodes were found to develop several overlapping populations in time depending on the area of the sapling. Four consecutive stages of nematode invasion were observed: (1) Early migration, (2) Distribution and colonisation of all plant parts, (3) Population build up and (4) Retreat into the root-system.<br /> The effect of temperature on population dynamics of PWN and pathogenicity towards <em>P. sylvestris, L. decidua </em>and<em> P. abies</em> was studied by inoculation of sapling with 4800 nematodes. Experiments were carried out in climate chambers at 15°C, 20°C and 25°C. Nematodes were extracted from shoots and roots at seven sampling dates during a 61 day period. Temperature had a major effect on the population dynamics of <em>B. xylophilus</em> in both susceptible conifer species. Temperature had no influence on the pathogenicity of PWN, as maximum mortality in <em>P. sylvestris</em> and <em>L. decidua</em> was reached when temperature exceeded 20°C. However no wilt symptoms were detected at 15°C in any conifer species. The population in <em>P. sylvestris</em> increased to approximately 4000 nematodes per gram dry matter in shoots at 25°C. At 20°C the maximum population density in shoots was approximately 2500 nematodes per gram dry matter. A threshold population density of <em>B. xylophilus</em> must be reached for induction of irreversible wilt in <em>P. sylvestris</em>.

<p><strong>Untersuchungen zur Pathogenität, Invasionsbiologie und Populationsdynamik des Kiefernholznematoden <em>Bursaphelenchus xylophilus</em> (Steiner und Buhrer 1934) Nickle 1970 in Europäischen Koniferen</strong><br /> Ziel der Arbeit war es, den Wirtspflanzenstatus Europäischer Koniferen gegenüber B. xylophilus zu klären und die Wechselbeziehung zwischen Nematoden, Wirtsbäumen und Temperatur zu untersuchen. Inokulationsversuche wurden mir einer Population von 2400 bis 4000 Nematoden pro Pflanze an drei bis vier Jahre alten Schösslingen im Gewächshaus und in Klimakammern durchgeführt. Die Versuche erfolgten bei einer Temperatur von 25°C, sofern nicht verschiedene Temperatureinflüsse untersucht wurden. Um die Entwicklung der Kiefernwelke zu bestimmen, wurde die Welke in sechs Klassen bonitiert und zusätzlich die Wassergehalte von Spross und Nadeln gemessen.<br /> Um den Einfluss von <em>B. xylophilus </em>auf die Mortalität von<em> P. sylvestris</em> zu untersuchen, wurden insgesamt 140 Schösslinge mit sieben unterschiedlichen Populationsdichten inokuliert: 100, 300, 800, 2400, 4000, 6000, 10000. Die Inokulumdichte hatte keinen Einfluss auf die Mortalitätsrate. Sie war mit 70 % bis 90 % generell hoch. Vier Wochen nach Inokulation konnte ein Zusammenhang zwischen hoher Inokulationsdichte und hoher Populationsdichte in Schösslingen festgestellt werden.<br /> Im Wirtspflanzen-Screening von 13 Koniferenarten konnten die Arten <em>P. sylvestris, P. cembra, P. nigra, P. strobus, P. pinaster, P. radiata, P. mugo </em>and <em>Larix decidua </em>als Wirte für die <em>B. xylophilus</em>-Isolate aus Portugal, China und Nord Amerika bestätigt werden. <em>L. kaempferi</em> war moderat anfällig gegen <em>B. xylophilus. P. pinea</em> wies eine moderate Anfälligkeit für das Portugiesische <em>B. xylophilus</em>-Isolat auf.<em> A. alba, P. abies und P. halepensis</em> waren keine Wirte für den Kiefernholznematoden.<br /> Im Wirtspflanzen-Screening von 13 Koniferenarten konnten die Arten <em>P. sylvestris, P. cembra, P. nigra, P. strobus, P. pinaster, P. radiata, P. mugo</em> and <em>Larix decidua</em> als Wirte für die <em>B. xylophilus</em>-Isolate aus Portugal, China und Nord Amerika bestätigt werden. <em>L. kaempferi</em> war moderat anfällig gegen <em>B. xylophilus. P. pinea</em> wies eine moderate Anfälligkeit für das Portugiesische <em>B. xylophilus</em>-Isolat auf.<em> A. alba, P. abies </em>und<em> P. halepensis</em> waren keine Wirte für den Kiefernholznematoden.<br /> Für Untersuchungen zum Einfluss der Temperatur auf die Populationsdynamik von <em>B. xylophilus</em> und auf die Pathogenität gegenüber <em>P. sylvestris, L. decidua </em>and<em> P. abies </em>wurden Schösslinge mit Nematoden inokuliert. An sieben Probenterminen wurden Nematoden innerhalb eines Zeitraumes von 61 Tagen aus Spross- und Wurzelteilen extrahiert. Die Versuche wurden in Klimakammern bei Temperaturen von 15°C, 20°C und 25°C durchgeführt. Die Temperatur hatte einen Einfluss auf die Populationsdynamik von <em>B. xylophilus</em> in beiden anfälligen Wirtsarten. Nematoden entwickelten sich nicht in <em>P. abies.</em> Temperatur hatte keinen Effekt auf die Pathogenität des Nematoden. Die maximale Mortalität wurde bei Überschreiten von 20°C in P. sylvestris und <em>L. decidua</em> festgestellt. Keine der Koniferenarten zeigte Welkesymptome bei 15°C. Die Population in <em>P. sylvestris </em>erreichte mit 4000 Nematoden pro Gramm Trockenmasse höhere Dichten bei 25°C als bei 20°C. Daraus kann abgeleitet werden, dass die irreversible Welke in <em>P. sylvestris</em> durch eine Schwellenpopulation von <em>B. xylophilus</em> induziert wird.</p>