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GC/MS-basierte Frühwarnsysteme

Per VOC-Messung tückische Krankheitserreger bei Pflanzen aufspüren

| Autor/ Redakteur: Guido Deußing* / Dr. Ilka Ottleben

Lange bevor Pflanzen Krankheitssymptome zeigen, können sie von epidemischen Erregern befallen sein. Um eine Ausbreitung von Schaderregern wie Phytophthora ramorum durch infizierte, asymptomatische Pflanzen zu verhindern, braucht es geeignete Frühwarnsysteme. Ein neues GC/MS-basiertes Diagnoseverfahren, das von den infizierten Pflanzen emittierte flüchtige organische Verbindungen (VOC) misst, könnte hier ein vielversprechender Ansatz sein.

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Der Rhododendron gilt als eine der typischen Wirtspflanzen des Schaderregers Phytophthora ramorum.
Der Rhododendron gilt als eine der typischen Wirtspflanzen des Schaderregers Phytophthora ramorum.
(Bild: HildaWeges hilda.weges@chello.nl - stock.adobe.com)

Mitte der 1990er-Jahre begann in Kalifornien ein großes Baumsterben. Vom plötzlichen Eichentod (Sudden Oak Death, SOD) war die Rede, fielen doch der Seuche vor allem Eichen zum Opfer. Als ursächlich für das Baumsterben wurde der Schaderreger Phytophthora ramorum identifiziert, ein pilzähnlicher Mikroorganismus, der verschiedene Sporenarten ausbildet, die mit Wind und Regentropfen verbreitet werden. Dringen die keimenden Sporen in Baumrinden und Blätter ein, zerstören sie die Pflanzenzellen. In der Folge kommt es zu einer Verfärbung von Blättern und Trieben oder auch zum Absterben ganzer Bäume.

Wie breitet sich Phytophthora ramorum aus und warum ist der pflanzliche Schaderreger so gefährlich?

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  • Die Verbreitung von P. ramorum geschieht in aller Regel über kontaminierte Erde, über das Wasser und mit infizierten Pflanzen selbst.
  • In Europa wurde der Erreger insbesondere bei Zierpflanzen entdeckt, weshalb man in diesem Zusammenhang auch von der Baumschulkrankheit spricht. Der Rhododendron gilt als eine der typischen Wirtspflanzen.
  • Begünstigt wird die Verbreitung von P. ramorum dadurch, dass selbst gesund aussehende Pflanzen den Erreger in sich tragen können.
  • Problematisch ist: Symptome der Erkrankung werden oft erst dann sichtbar, wenn infizierte Pflanzen bereits verkauft oder weitertransportiert worden sind.

Frühwarnsysteme sollen Risiko einer unkontrollierten Ausbreitung eindämmen

Um das Risiko einer unkontrollierten Ausbreitung von P. ramorum einzudämmen, haben sich US-amerikanische Wissenschaftler auf die Suche nach einer Methode gemacht, die es ermöglicht, den Erreger auf einfache Weise frühzeitig, also auch bei infizierten, asymptomatischen Pflanzen zu bestimmen. Den Ansatz, den Mitchel M. McCartney et al. [1] verfolgten, fußt auf der Annahme, dass die Pflanze auf physiologischer Ebene auf eine Infektion reagiert, und zwar durch Veränderung der Zusammensetzung ihrer sekundären flüchtigen Pflanzenmetaboliten. Diese lassen sich unter dem Oberbegriff biogene flüchtige organische Verbindungen (VOCs) subsummieren und mittels GC/MS bestimmen.

Schwierigkeit der bisherigen Analyse auf Phytophthora ramorum

Die Bestimmung von P. ramorum erweist sich als Herausforderung, schreiben Mitchel M. McCartney et al. Ein bis zwei Jahre könne es dauern, bis eine infizierte Pflanze krankheitstypische Symptome zeige. Jahreszeitliche, klimatische und physiologische Bedingungen würden zudem Einfluss nehmen und eine eindeutige Zuordnung erschweren. Je nachdem, wo sich die Erreger befinden, etwa im Bereich der Wurzeln, könnten einordnende Symptome auch gänzlich ausbleiben. Nicht in der Lage zu sein, den Befall einer Pflanze zu erkennen, kann sich als Risiko erweisen für Gärtnereien, Baumschulen und deren Kunden und verkompliziere alle regulatorischen Bemühungen, eine Ausbreitung des Keims sowie den Krankheitsausbruch zu verhindern.

Kritisch betrachten Mitchel M. McCartney et al. bisher genutzte Bestimmungsmethoden, etwa den Versuch, den Keim durch Abdecken von Wurzel- und Blattproben oder Blattkörpern auf Phytophthora-selektiven Medien zu isolieren, was einige Tage und länger in Anspruch nehme, bis verwertbare Resultate vorlägen; diese könnten zudem variieren, je nach Wirtspflanze und Zeit, die zwischen Probenahme und Analyse verstreicht. Die Autoren beleuchten in ihrer Arbeit den Einsatz von Immunoassays, die i.A. zwar schnell, empfindlich und zuverlässig Auskunft gäben, allerdings auch nur dann, wenn Wirtspflanzengewebe untersucht würde, das pathogene Zellen aufweise. Ähnlich verhalte es sich mit der Bestimmung pathogener Nukleinsäuren mittels der Polymerase-Kettenreaktion (PCR); auch sie setzt das Vorhandensein des Keims voraus.

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