SYNergie

Entwicklung und Erprobung von praktikablen Verfahren zur Inaktivierung und Nachweis des Kartoffelkrebses "Synchytrium endobioticum" in festen und flüssigen Reststoffen
Von: 
15.06.2021
to
14.08.2024

Projektbeschreibung

SYNergie ist ein Verbundprojekt mit dem Julius Kühn-Institut (JKI) und der Hochschule Osnabrück und wird gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Land-wirtschaft (BMEL). Das Projekt befasst sich mit der Detektion und Inaktivierung des Töpfchenpilzes Snychytrium endobioticum (SE). Dieser Pilz nutzt die Kartoffelpflanze als Wirtspflanze und löst den sogenannten Kartoffelkrebs aus. Aufgrund der Ausbildung von sehr widerstandsfähigen Dauersori (Verkapselte Sporen) im Boden, die bis zu 46 Jahre über-dauern, wurde Snychytrium endobioticum als Quarantäneschaderreger eingestuft und befallene Flächen müssen gesperrt werden. Um immense Ernteeinbußen über Jahre hinweg zu vermeiden, ist sowohl die Entwicklung eines Verfahrens zur Inaktivierung der Dauersori als auch die frühzeitige Detektion von infizierten Pflanzen von entscheidender Bedeutung. Die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg befasst sich mit der Entwicklung einer solchen Detektions-methode auf Grundlage der emittierten luftgetragenen chemischen Substanzen.

Pflanzen stoßen eine Vielzahl von volatilen organischen Substanzen (kurz VOCs, von englisch „volatile organic compounds“) aus. Verschiedene Forschungsarbeiten konnten zeigen, dass sich bei Schäden oder Stress, zum Beispiel durch Veränderung der Umweltbedingungen, Krankheiten oder Schädlingsbefall, die Intensität und die Zusammensetzung der aus-gestoßenen VOCs verändert, um diesen Gefährdungen entweder entgegenzuwirken oder Schutzmechanismen bei Pflanzen in der Umgebung auszulösen.

Die Emission von spezifischen VOCs von Snychytrium endobioticum beziehungsweise seiner erkrankten Wirtspflanze sollen genutzt werden, um eine Erkrankung frühzeitig zu erkennen und eine Verbreitung zu verhindern. Mit Hilfe des instrumentell-analytischen Verfahrens der Gaschromatographie-Massen-spektro-metrie gekoppelt mit einem Thermosdesorptions-Einlasssystem (TD-GC/MS) sowie der Echtzeit-Analyse mittels Protonen-Transfer-Reaktion Time-of-Flight Massenspektrometrie (PTR-ToF-MS) werden die VOC-Profile von gesunden und mit Snychytrium endobioticum infizierten Pflanzen analysiert. Die Identifizierung von spezifischen VOC-Profilen soll angewendet werden, um zwischen beiden Zuständen zu differenzieren. Die Aufklärung der VOC-Emission erfolgt zunächst unter Laborbedingungen. Die Bestätigung der VOCs erfolgt in einem zweiten Schritt idealerweise im Freiland. Durch die Verwendung von chemometrischen Verfahren, unter anderem der Principal Component Analysis (PCA), der linearen Diskriminanzanalyse (LDA), und/oder KI-Methoden soll zudem ein automatisiertes Verfahren für die Auswertung der erhaltenen Chromatogramme entwickelt werden.

Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopische Aufnahmen gefärbter Dauersori von Synchytrium endobioticum; links Dauersorus in Aufsicht, rechts Dauersorus optisch genschnitten mit Zoosporen (grün). [Quelle: M. Becker, JKI]
Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopische Aufnahmen gefärbter Dauersori von Synchytrium endobioticum; links Dauersorus in Aufsicht, rechts Dauersorus optisch geschnitten mit Zoosporen (grün). [Quelle: M. Becker, JKI]

Des Weiteren sollen mit Hilfe eines Raman-Mikroskops Dauersori des Snychytrium endo-bioticum untersucht werden. Durch die daraus erhaltenen spektroskopischen Daten gilt es anschließend zwischen lebensfähigen und abgetöteten Dauersori zu unterscheiden. Dies erfolgt ebenfalls durch Anwendung chemometrischer Verfahren, durch die Datenmerkmale der Spektren reduziert werden können und dementsprechend das Herausarbeiten geeigneter Merkmalklassifizierungen ermöglicht wird.

Logo des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft und Logo für Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung

Das Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) und die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung(BLE)

Projektleitung an der H-BRS

Prof. Dr. Peter-Michael Kaul

Professor für Physik, Statistik und Messtechnik
Inhaber einer Forschungsprofessur
Gründungsdirektor des Instituts für Sicherheitsforschung
Hochschulrat
Mitglied der Forschungskommission der H-BRS
Mitglied des Graduierteninstituts der H-BRS
Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
E-Mail: 
peter.kaul [at] h-brs.de

Dr. Ramona Makarow

Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
E-Mail: 
ramona.makarow [at] h-brs.de

Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Geldgeber

Kooperationspartner