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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 11 / Ökologische Agrarwissenschaften  → Boden- und Pflanzenbauwissenschaften  → Fachgebiet Ökologischer Pflanzenschutz  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2017111553808

Title: Evaluation of Pathological Risks Associated with Use of Leguminous Cover crop and Living mulch species
Authors: Šišić, Adnan
???metadata.dc.subject.swd???: HülsenfruchtFusariumErbseDeckfruchtPathogener Mikroorganismus
???metadata.dc.subject.ddc???: 630 - Landwirtschaft, Veterinärmedizin (Agriculture)
Issue Date: 15-Nov-2017
Abstract: In the past 10 to 15 years, there has been a tendency in Europe to switch from cereal based cropping systems, with winter and summer fallow, to cropping systems which combine greater crop diversity with maximum soil cover. Increasing the opportunities of including legumes into crop rotations to be grown as cover crops, intercropped or under-sown with cereals can provide multiple beneficial services to agro-ecosystems. A major concern is however, that many of the leguminous species of interest share important soil-borne pathogens among each other and with some important main crops. This thesis is concerned with the species of the genus Fusarium as they are characterized by considerable ecological plasticity which enables them to efficiently spread along crop rotations, and often infect a wide range of plants under diverse environmental conditions. Three different studies involving pathology, morphology and molecular phylogenetics of Fusarium species were carried out. The first study aimed at determining frequency, distribution and aggressiveness towards peas of Fusarium spp. associated with the roots of subterranean clover, white clover, winter and summer vetch grown in rotation or association with wheat. Although, the samples originated from five different sites within temperate and Mediterranean Europe, there was no strong separation in Fusarium community structure among the sites with F. oxysporum and F. avenaceum being the most frequently isolated species from all hosts and in all environments. Subsequent studies performed under controlled conditions using pea as a model legume cash crop revealed high pathogenic potential of F. avenaceum suggesting that this species could emerge as potential risk in intensive legume cropping systems. In the second study, a collection of 79 F. solani isolates was characterized by molecular genotyping and greenhouse aggressiveness bioassays on pea. This study also aimed to clarify the host range of F. solani f. sp. pisi by inoculating 62 accessions of 10 legume genera with single selected strain of the species. The majority of the isolates belonged to two lineages: F. solani f. sp. pisi mainly accommodating German and Swiss isolates, and the Fusisporium (Fusarium) solani lineage accommodating mainly Italian isolates. This study revealed that (i) pathogenic and non-pathogenic isolates of F. solani f. sp. pisi, the fungus named by its specific pathogenicity to pea, can be found in a variety of habitats under diverse agro-ecological conditions, (ii) the fungus has a broad host range and (iii) that the concept of formae speciales needs a revision. In the third study, using robust greenhouse and laboratory methodology, three endophytic F. equiseti isolates found during the European survey in the first study were shown to have potential to promote pea growth and to alleviate detrimental effects of the necrotrophic soil borne pathogens, F. avenaceum and Peyronellaea pinodella was demonstrated. This work provides new insights into diversity, geographical distribution, prevalence, aggressiveness and ecology of Fusarium spp. associated with the roots of studied hosts grown across a broad range of ago-climatic conditions in Europe. Some of the major pathogens of various leguminous and non-leguminous crops are characterized by high ecological plasticity, have the ability to endophytically colonize the hosts studied and the potential to cause yield losses of subsequent main legume grain crops such as pea. Furthermore, this work points to the problem of the fomae speciales concept in Fusarium which is often misleading and needs to be reconsidered. The results also highlight endophytic potential of F. equiseti and its ability to sustain stable populations and function within diverse ecosystem conditions. Taken together, the detection of Fusarium species in the plant tissue is not proof of ongoing disease infection; often, additional screening tests are needed to confirm pathogenicity of recovered isolates. Therefore, to fully understand the ecological significance of the Fusarium species associated with a given host often a multi-focal approach is needed.In den letzten 10 bis 15 Jahren wird in den europäischen rein getreidebasierten Systemen mit Winter- und/ oder Sommerbrache vermehrt auf Bodenbedeckung und Erhöhung der Diversität geachtet. Eine Erhöhung der Möglichkeiten Leguminosen als Zwischenfrüchte oder Untersaaten in die Fruchtfolgen einzubringen birgt eine Vielfalt möglicher Ökosystemdienstleistungen. Leider werden aber viele der Leguminosen von Interesse und auch einige der Hauptfrüchte durch wichtige bodenbürtige Erreger mit weitem Wirtskreis bedroht. In der vorliegenden Dissertation werden Arten der Gattung Fusarium genauer untersucht, da sie eine große ökologische Plastizität aufweisen, die sie befähigt im Lauf der Fruchtfolge viele Pflanzen unter vielfältigen Umweltbedingungen zu befallen. Es wurden drei Studien zur Pathologie, Morphologie und molekularen Phylogenetik von Fusariumarten durchgeführt. In der ersten Studien wurden Häufigkeit, Verteilung und Aggressivität gegenüber Erbsen von Fusarium spp. aus Erdklee, Weißklee, Winter- und Sommerwicke, die in Fruchtfolgen oder als Untersaaten mit Weizen angebaut wurden untersucht. Obwohl die Proben aus fünf temperaten bis mediterranen Europäischen Regionen stammten, unterschieden sich die Strukturen der die Fusarium Gemeinschaften nur wenig. Fusarium oxysporum and F. avenaceum wurden am häufigsten aus allen Wirten und Orten isoliert. Unter kontrollierten Bedingungen zeigte F. avenaceum ein sehr hohes pathogenes Potential gegenüber Erbsen. Damit stellt dieser Erreger ein Risiko in intensiven Leguminosenbasierten Systemen dar. In der zweiten Studie wurden 79 F. solani Isolate molecular und in Bezug auf ihre Aggressivität gegenüber Erbsen charakterisiert. Ziel dieser Studie war auch die Analyse des Wirtskreises von F. solani f. sp. pisi durch die Inokulation von 62 Akzessionen aus 10 verschiedenen Leguminosenarten mit einem ausgewählten Stamm des Erregers. Die meisten Isolate gehörten zwei Linien an: F. solani f. sp. pisi, die vor allem die Deutschen und Schweizer Isolate beinhaltete und die Fusisporium (Fusarium) solani Linie, die hauptsächlich italienische Isolate beinhaltete. Diese Studies zeigte, dass (i) zwar F. solani f. sp. pisi aufgrund der spezifischen Pathogenität auf Erbsen benannt ist, aber pathogene und nicht-pathogene Isolate enthält, die aus au seiner Vielfalt von Habitaten aus vielfältigen agrarökologischen Zusammenhängen stammen, (ii) der Wirtskreis breit ist, und (iii) dass das Konzept der formae speciales nicht haltbar ist. In der dritten Studie wurde gezeigt, dass drei endophytische Isolate von F. equiseti, die im Survey in Studie 1 gefunden worden waren, unter Gewächshaus und Laborbedingungen das Potential haben, Erbsenwachstum zu fördern und negative Effekte der Pathogene F. avenaceum und Peyronellaea pinodella abzumildern. Diese Studie gibt neue Einblicke in die Vielfalt, geographische Verteilung, Häufigkeit, Aggressivität und Ökologie von Fusarium spp., die in den Wurzeln der untersuchten Wirte über ein breites Spektrum agro-klimatischer Bedingungen in Europa gefunden wurden. So haben einige der wichtigen Pathogen von Leguminosen und nicht-Leguminosen eine hohe ökologische Plastizität. Sie können zum Teil als Endophyten in den untersuchten Wirten residieren aber dann in Folgefrüchten wie z.B. Erbsen möglicherweise Ertragsverluste verursachen. Die Arbeit zeigt ebenfalls die Problematik des fomae speciales Konzeptes in Fusarium auf, das oft irreführend ist und revidiert werden sollte. Die Ergebnisse zeigen auch, das Potential von F. equiseti als Endophyt und seine Fähigkeit in vielfältigen Ökosystemen zu fungieren. Insgesamt bedeutet der Nachweis von Fusarium Arten in Pflanzengewebe nicht, das seine Krankheit vorliegt. Meist bedarf es zusätzlicher Untersuchungen um die Pathogenität der gefundenen Isolate zu bestätigen. Dies bedeutet, das seine vielseitige Herangehensweise notwendig ist, um die ökologische Bedeutung der Fusarium Arten zu verstehen.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2017111553808
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