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Mittelstraß, K.

Einfluss von CO2 und Stickstoffdüngung auf das Resistenzverhalten von Kartoffelpflanzen gegenüber Phytophthora infestans und Alternaria solani.

Influence of CO2 and nitrogen fertilisation on the resistance of potato plants with regard to Phytophthora infestans and Aternaria solani.

Freising, Technische Universität München, Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Diss., 2004, 156 S.
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In dieser Arbeit wurde der Einfluss von CO2 und Stickstoff auf das Resistenzverhalten von Kartoffelpflanzen gegenüber Phytophthora infestans und Alternaria solani untersucht. Dabei waren verschiedene in der Literatur diskutierte Resistenzfaktoren von besonderem Interesse. (1) Eine Erhöhung der CO2-Konzentration von 400 ppm auf 700 ppm führte zu einer Reduzierung der Anfälligkeit der Kartoffelpflanzen gegenüber P. infestans und A. solani. Eine zusätzliche N-Gabe (0,8 g N/Pflanze) konnte diese induzierte Resistenz der Pflanzen gegenüber P. infestans teilweise aufheben. Pflanzen, die unter erhöhten Stickstoffkonzentrationen aufwuchsen, waren deutlich anfälliger gegenüber P. infestans als solche, die ohne zusätzliche N-Düngung auskamen. Im Gegensatz dazu hatte eine N-Düngung eine resistenzfördernde Wirkung auf die Interaktion zwischen Kartoffelpflanzen und A. solani.(2) Dabei verschoben die erhöhten CO2-Konzentrationen den Stickstoffstatus der Pflanzen deutlich zugunsten des Kohlenstoffhaushalts. Pflanzen die unter erhöhten CO2-Konzentrationen aufwuchsen, wiesen höhere Konzentrationen der Kohlenhydrate Glukose, Saccharose und Stärke und geringere Stickstoffkonzentrationen auf. Dies spiegelte sich in einem erhöhten C/N-Verhältnis der Blätter sowie der Knollen wieder. Eine Stickstoffapplikation konnte den Stickstoffstatus der Pflanzen verbessern, was sich in der Abnahme des C/N-Verhältnisses der Blätter und Knollen zeigte. (3) Die konstitutiven Gehalte an phenolischen Inhaltsstoffen wurden durch eine erhöhte N-Düngung erniedrigt, was in einer gesteigerten Anfälligkeit der Pflanzen gegenüber P. infestans resultierte. Eine erhöhte CO2-Konzentration hatte hingegen keine Auswirkungen auf den Gesamtphenyl-propanoidgehalt. Die Phenylpropanoide p-Cumaroylnoradrenalin und p-Cumaroyloctopamin wurden durch Inokulation der Blätter mit P. infestans sowie A. solani deutlich induziert. (4) Eine Induktion der PR-Proteine (pathogenesis related proteins) Chitinase, ß-1,3-Glukanase oder Osmotin konnte durch Behandlung der Kartoffelblätter mit A. solani oder P. infestans nachgewiesen werden. Allerdings konnte nur bei den Chitinasen gegenüber A. solani eine eindeutige resistenzfördernde Wirkung beobachtet werden. (5) Nach Infektion der Blätter mit P. infestans konnte eine deutliche Induktion der Ethylenemission beobachtet werden. Blätter der Hoch-N-Variante, die anfälliger gegenüber P. infestans waren, emittieren dabei mehr Ethylen als die Blätter der Niedrig-N-Variante. Blätter der Hoch-CO2-Variante emittierten im Vergleich zur Niedrig-CO2-Varinate weniger Ethylen, was wiederum eine Korrelation zwischen der Ethylenemission und der Infektionsanfälligkeit der Blätter zeigte. (6) Die Divinylether Colnelsäure (CA) und Colnelensäure (CnA) wurden durch Pathogenbefall deutlich induziert, doch kann noch keine Aussage, über ihre Rolle bei der Resistenzausprägung getroffen werden.
In this study the influence of elevated CO2 and nitrogen fertilisation on the resistance of potato plants with regard to Phytophthora infestans and Alternaria solani was investigated. Therefore different resistance factors were a matter of particular interest. (1) An elevation of CO2-concentrations from 400 ppm to 700 ppm showed a reduced susceptibility of potato plants with regard to P. infestans and A. solani. An additional nitrogen fertilisation (0,8 g N/plant) was able to compensate this induced resistance against P. infestans. Plants that were grown under elevated N-concentrations were much more susceptible against P. infestans than plants grown without N-fertilisation. In contrast an N-fertilisation influenced the resistance of potato plants with regard to A. solani in a positive way. (2) At the same time the elevated CO2 concentrations shifted the nitrogen status of the plants in favour of the carbon metabolism. Plants that were grown under elevated CO2 had higher concentrations of glucose, saccharose and starch and lower N-concentrations, which were reflected in an increased C/N ratio of the leaves and tubers. An N-fertilisation was abele to reduce the C/N ratio. (3) The constitutive amounts of phenolic compounds were reduced by nitrogen fertilisation. These plants were more susceptible with regard to P. infestans. In contrast an elevated CO2 concentration had no effect on the amount of phenylpropanoids. The amounts of the phenylpropanoids p-cumaroylnoradrenalin and p-cumaroyloctopamin in the leaves were increased after inoculation with P. infestans and A. solani. (4) Furthermore the PR-proteins chitinase, ß-1,3-glucanase and osmotin were induced after infection with P. infestans and A. solani. Indeed there was a significant correlation between the resistance and the induction of chitinases after infection with A. solani. (5) The ethylene emission was also highly induced after infection with P. infestans. But there was no correlation between the resistance of the potato plants and the ethylene emission. It reflected more the intensity of the infection. (6) The divinylether colneleic acid and colnelenic acid were induced after pathogen attack but a prediction whether they play a role in the pathogen defence or not could not be made yet.
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Publication type Other: Thesis
Thesis type Doctoral thesis
Keywords Phytophthora infestans; Alternaria solani; CO2; Stickstoff; Kartoffel; Ethylen; Salicylsäure; Phenylpropanoide; Oxylipine; Zucker; Stärke; PR-Proteine; H2O2; Pathogenabwehr; global change; Phytophthora infestans; Alternaria solani; CO2; nitrogen; potato; ethylen; salicylic acid; phenolics; pathogen defence; starch; glucose; PR-proteins; global change
Quellenangaben Volume: , Issue: , Pages: 156 S. Article Number: , Supplement: ,
University Technische Universität München
University place Freising
Faculty Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt
Institute(s) Institute of Biochemical Plant Pathology (BIOP)