Entwicklung von Krankheitssymptomen bei Raps

Zur Dokumentation der von Verticillium induzierten Schäden im Verlauf der Infektion wurden verschiedene Parameter erhoben. Die ersten äußerlich sichtbaren Krankheitssymptome bei Raps traten ca. 14 Tage nach Inokulation mit V. longisporum auf. Zu den sichtbaren Infektionssymptomen zählten Vergilbungen der unteren Blätter und eine Reduktion des Höhenwachstums. Bei Betrachtung des Sprossinneren konnte 21-28 Tage nach Inokulation im Hypokotyl eine braune Verfärbung der Leitgefäße beobachtet werden (Abb. 1.2).

Das Höhenwachstum von Raps wurde über den Infektionsverlauf bis 28 Tage nach Inokulation erfasst (Abb. 4.1A). Während die mock- und Verticillium-inokulierten Pflanzen 2 Tage nach Infektion noch gleich groß waren, zeigte sich bereits 14 Tage nach Pilzinokulation eine signifikante Minderung des Höhenwachstums, die sich bis 21 Tage nach Inokulation im Vergleich zu den mock-inokulierten Pflanzen noch deutlich verstärkte. Das Foto in Abbildung 4.1B zeigt exemplarisch den Phänotyp einer mock- und einer Verticillium inokulierte Pflanze 21 Tage nach Inokulation. Die Stauchung ist hier deutlich zu sehen, wobei nur die Höhe des Sprosses reduziert war, während die Größe und Anzahl der Blätter sich nicht unterschied.

Abb. 4.1: (A) Sprosslänge von mock- und Verticillium-inokuliertem Raps im Infektionsverlauf. Die Symbole repräsentieren die Mittelwerte von jeweils 20 Pflanzen mit Standardfehler. Bei einigen Messzeitpunkten war der Standardfehler kleiner als das Symbol und ist daher in der Abbildung nicht zu sehen. Symbole mit einem Stern waren beim Vergleich von mock (weiße Symbole) und V.

longisporum (VL43) inokuliertem Raps (schwarze Symbole) im T-Test (p ≤ 0,05) signifikant unterschiedlich. (B) Das Foto zeigt exemplarisch eine mock- und eine V. longisporum inokulierte Rapspflanze 21 Tage nach Inokulation.

mock VL43 21 Tage nach Inokulation

0 7 14 21 28

0 10 20 30 40 50 60 70

*

*

* mock VL43

Höhe (cm)

Tage nach Inokulation

A B

Wöchentlich wurden Pflanzen geerntet und die Frischmasse von Blättern, Spross und Wurzeln bestimmt (Abb. 4.2). Obwohl die infizierten Pflanzen nach 14 Tagen eine signifikante Stauchung zeigten, wirkte sich das zu diesem Zeitpunkt nicht auf die Frischmasse der einzelnen Pflanzenteile aus. Erst 28 Tage nach Inokulation war die Frischmasse des Sprosses der Verticillium infizierten Pflanzen signifikant reduziert (Abb.

4.2B). Bei der Frischmasse der Blätter konnten zu keinem Zeitpunkt Unterschiede zwischen mock- und Verticillium inokulierten Pflanzen festgestellt werden (Abb. 4.2A). Die Wurzelmasse der infizierten Pflanzen war 28 Tage nach Inokulation etwas erhöht, jedoch war dieser Unterschied nicht signifikant (Abb. 4.2C).

Abb. 4.2: Frischmasse von mock- und V. longisporum inokulierten Rapspflanzen. Blätter (A), Spross (B) und Wurzeln (C) jeweils einer Pflanze wurden getrennt gewogen. Die Symbole repräsentieren die Mittelwerte von jeweils 5 Pflanzen mit Standardfehler. Symbole mit einem Stern waren beim Vergleich von mock (weiße Symbole) und V. longisporum inokuliertem Raps (schwarze Symbole) im T-Test (p ≤ 0,05) signifikant unterschiedlich.

Weitere Parameter, die zur Dokumentation Verticillium induzierter Schäden untersucht wurden, waren Chlorophyllgehalt, Chlorophyllfluoreszenz, Photosynthese- und Transpirationsrate sowie Elektrolytleitfähigkeit zur Ermittlung von Membranschäden. Zum größten Teil wurden die folgenden Analysen 21 Tage nach Inokulation durchgeführt, da zu diesem Zeitpunkt deutliche Symptome wie Stauchung (Abb. 4.1) und Vergilbung (Abb. 4.3B) sichtbar waren, aber der Raps noch nicht blühte, was mit einem Verlust an Blättern einherging (Abb. 4.2A). Der Chlorophyllgehalt (siehe 3.3.4) war 21 Tage nach Inokulation bei Verticillium-inokulierten Pflanzen signifikant (um ca. 17 %) vermindert (Abb. 4.3A). Abbildung 4.3B zeigt exemplarisch die zugehörigen Blätter einer mock- und einer Verticillium-inokulierten Rapspflanze. Die unteren Blätter der infizierten Pflanzen (im Bild rechts) zeigen deutliche Vergilbungen im Vergleich zu den mock-Inokulierten. Zur Überprüfung des Einflusses der Verticillium-Infektion auf die Photosynthese von Raps, wurde über den Infektionsverlauf die Chlorophyllfluoreszenz (siehe 3.3.1) als Indikator für die Aktivität von Photosystems II gemessen (Abb. 4.3C). Die Messungen an den Verticillium-infizierten Pflanzen wiesen einen höheren Standardfehler auf als die mock-inokulierten. Zu allen

14 21 28

Messzeitpunkten war die Chlorophyllfluoreszenz der Verticillium-infizierten Pflanzen geringfügig aber signifikant erniedrigt. Diese Ergebnisse sind ein deutlicher Hinweis darauf, dass der Raps Stress ausgesetzt ist.

Abb. 4.3: Chlorophyllgehalt (A) von mock- und Verticillium longisporum (VL43)-inokulierten Pflanzen 21 Tage nach Infektion (n = 9 ± SE). Der Chlorophyllgehalt wurde als Summe von Chlorophyll a und b dargestellt. Blätter jeweils einer mock- und einer Verticillium-inokulierten Rapspflanze (B). (C) Einfluss von Verticillium auf die Aktivität von Photosystem II. Die Chlorophyllfluoreszenz wurde bei 20 °C und 60 % relativer Luftfeuchtigkeit als maximale photosynthetische Quantenausbeute an dunkel-adaptierten Blättern über den Infektionsverlauf gemessen (n = 20 ± SE). Signifikante Unterschiede im T-Test (p ≤ 0,05) sind mit einem Stern markiert.

Zur Bestimmung der aktuellen Photosyntheserate (siehe 3.3.5) wurden zu drei Zeitpunkten Gaswechselmessungen durchgeführt, wobei keine signifikante Änderung der Photosyntheserate durch Verticillium-Infektion festgestellt werden konnte (Abb. 4.4A). Aus der Messung konnte außerdem die Transpirationrate ermittelt werden, die aber ebenfalls keine signifikante Beeinflussung durch die Verticillium-Infektion zeigte (Abb. 4.4B).

Abb. 4.4: Photosyntheserate (A) und Transpirationsrate (B) im Infektionsverlauf (n = 8 ± SE). Weiße Symbole repräsentieren mock- und schwarze Symbole V. longisporum (VL43)-inokulierte Rapspflanzen. Die mikroklimatischen Bedingungen während der Messung betrugen durchschnittlich 22 °C, 54 % relative Luftfeuchtigkeit und 1185 µmol/(m^-2 s^-1) Lichtintensität.

0

Chlorophyllgehalt (µg/g FM) A C

6 9 12 15 18 21

Zur Überprüfung, ob V. longisporum Membranschäden in den Rapsblättern verursacht, wurden Elektrolytleitfähigkeitsmessungen durchgeführt (siehe 3.3.2). Da das Austreten von Cytoplasma (leakage) durch geschädigte Membranen zu einer höheren Leitfähigkeit in der Messflüssigkeit führt, kann die Leitfähigkeit in Relation zur Gesamtleitfähigkeit als Indikator für Membranschäden genutzt werden. Mögliche Schädigungen der Membranen durch die Infektion mit Verticillium konnten 21 und 28 Tage nach Inokulation nicht nachgewiesen werden (Abb. 4.5). Es zeigte sich zwar bei der Messung 21 Tage nach Inokulation eine geringfügig erhöhte Elektrolytleitfähigkeit (um 2,4 %) bei den Verticillium-inokulierten Pflanzen; allerdings erwies sich diese als nicht signifikant.

Abb. 4.5: Elektrolytleitfähigkeit von mock- und Verticillium-inokuliertem Raps 21 und 28 Tage nach Inokulation (n = 5 ± SE). Die Messungen erfolgten nach 24-stündiger Inkubation von Blattscheiben in dd H2O.

21 Tage nach Inokulation wurde außerdem überprüft, ob im unteren Stängelbereich der Rapspflanzen Verticillium-DNA mittels quantitativer real time PCR nachweisbar war. Dafür wurden jeweils 21 mock- und 21 Verticillium-infizierte Rapspflanzen analysiert. Die ermittelten Mittelwerte und Standardfehler für die gefundene Verticillium-DNA betrugen für die mock-inokulierten Rapspflanzen 0,23 ± 0,08 ng/g Frischmasse und für die Verticillium-infizierten Pflanzen 0,32 ± 0,22 ng/g Frischmasse. Diese Werte waren im T-Test (p ≤ 0,05) nicht signifikant unterschiedlich und lagen unterhalb des Detektionslimits für die PCR, das 0,5 ng/g Frischmasse betrug. Da die Werte an der Nachweisgrenze Methode lagen, kann man aus dem Ergebnis schließen, dass der Pilz 21 Tage nach Inokulation noch nicht bis in den Stängel vorgedrungen war.

0 2 4 6 8 10 12

21 28

Elektrolytleakage (%)

Tage nach Inokulation

mock VL43

4.1.2 Charakterisierung von Proteinmustern unter dem Einfluss von Verticillium