Resistance of Maize (Zea mays L.) Against the European Corn Borer (Ostrinia nubilalis Hb.) and its Association with Mycotoxins Produced by Fusarium spp.

摘要

Der Maiszünsler (ECB, Ostrinia nubilalis Hübner) ist einer der Hauptschädlinge im europäischen Maisanbau (Zea mays L.) und breitet sich derzeit weiter in nördlicher gelegene Anbaugebiete aus. ECB-Schäden beeinträchtigen daher zunehmend die Ertragssicherheit in der Maisproduktion. Zusätzlich besitzen die vom ECB befallenen Pflanzen oft eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber den von Fusariumpilzen (Fusarium spp.) verursachten Sekundärkinfektionen. Allerdings sind derzeit noch keine Informationen zu Bt-Maishybriden (Event 176, MON810) verfügbar, welche eventuell auch unter zentraleuropäischen Wachstumsbedingungen Ertragsverluste und Mykotoxinkontaminationen verringern könnten. Jedoch besteht die Gefahr, dass monogene Resistenzen vom Schadinsekt überwunden werden können. Daher kann die Verbesserung der natürlichen Widerstandskraft der Pflanze ein ökonomisches sowie ein ökologisches Konzept für den integrierten Pflanzenschutz bieten.Ziel der vorliegenden Studie war die Untersuchung alternativer Züchtungsstrategien zur Verbesserung der Resistenz von Mais gegen ECB und Fusariosen. Hierzu wurden (1) ein Selektionsexperiment im frühreifen Europäischen Flintpool initiiert und ein Peedigreezuchtprogramm zur Verbesserung der ECB-Resistenz im frühreifen Europäischen Dentpool evaluiert; (2) die Wirkung von quantitativen Resistenzen und Bt-Resistenz miteinander verglichen; (3) die Mykotoxingehalte in Genotypen mit verbesserter ECB Resistenz ermittelt und (4) der Zusammenhang zwischen wichtigen agronomischen Eigenschaften, der ECB-Resistenz und der Mykotoxinkonzentration im frühreifen europäischen Maismaterial untersucht.Ziel eines 1992 iniitierten Zuchtprogramms war die Identifizierung von Maislinien mit verbesserter Eigen- und Testkreuzungsleistung für wichtige agronomische Merkmale und ECB-Resistenzeigenschaften. Der Zuchtgang wurde mit einer spaltenden S1 Population begonnen. Die Eigenleistung der Genotypen für die ECB-Resistenz wurde in Generation S1, S3 und S5 ermittelt. Mit den Maislinien der S2, S4 und S5 Generation wurden Testkreuzungen erstellt, um deren agronomische Leistung zu bewerten. Die Selektion basierte auf der ECB-Resistenz und der Testkreuzungsleistung für Kornertrag und Frühreife.Um die Bt-Maishybriden, welche das Event 176 oder MON810 besitzen, mit ihren isogenen Partnerhybriden, sowie Sorten- und Experimentalhybriden zu vergleichen, wurde in verschiedenen Umwelten von 1998 bis 2000 Feldversuche durchgeführt. Darüber hinaus wurde 1998 ein Laborversuch mit neonaten ECB-Larven angelegt, um deren Mortaliät und den vorhandenen Antibiosegrad im Hybridmaterial bestimmen zu können.Die Resistenzmerkmale Schadensbonitur des Stengels, Anzahl geschädigter Pflanzen und Anzahl der Larven pro Pflanze wurden nur in den manuell mit ECB infestierten Parzellen erhoben. Die agronomischen Merkmale Kornertrag, Korntrockensubstanzgehalt und Wuchshöhe wurden sowohl in den mit Insektizid geschützten als auch in den manuell mit ECB infestierten Großparzellen ermittelt. Zusätzlich wurden Körnerproben aus jeder Parzelle gezogen und separat auf die folgenden Fusarientoxine hin untersucht: Typ B Trichothecene (DON, NIV), Zearalenon (ZEN), Fumonisin (FUM) und Moniliformin (MON).Alle getesteten Inzuchtlinien zeigten eine signifikante genotypische Variation für die untersuchten Resistenzmerkmale. Jedoch wurden im Verlauf des weiteren Zuchtganges viele Dent- und Flintlinien mit verbesserter ECB-Resistenz aufgrund ihrer unzureichenden agronomischen Leistungen verworfen. Zudem wurden negative Korrelationen zwischen Kornertrag und Frühreife sowie der Schadensbonitur des Stengels gefunden. Jedoch konnten aus dem Zuchtprogramm drei Dentlinien (P028, P029, P030) mit mittlerer ECB-Resistenz entwickelt werden.In allen Experimenten demonstrierten die Bt-Hybriden ihre Überlegenheit in der Kontrolle von ECB. Die nichttransgenen Hybriden zeigten eine signifikante genetische Varianz für die erhobenen Resistenzmerkmale und den Kornertrag, wobei deren Kornertragsreduktion unter manueller ECB-Infestierung zwischen 8,6% und 21,8% schwankte. Alle Resistenzmerkmale waren hoch signifikant miteinander korreliert und zeigten eine signifikante und negative Korrelation zur Kornertragsreduktion. Zudem waren die Bt-Hybriden in ihren agronomischen Merkmalen nahezu nicht von den isogenen Partnerhybriden zu unterscheiden.Hochsignifikante Umwelt- sowie Genotyp × Umwelt-Interaktionen wurden außer bei MON für alle Mykotoxine nachgewiesen. Die MON-Konzentration war in den mit ECB infestierten Parzellen ungefähr zweimal höher als in den insektizidgeschützten Parzellen. Ein ähnlicher Trend wurde ebenfalls für FUM festgestellt. Die Bt-Hybriden zeigten signifikant niedrigere MON Konzentrationen als die nichttransgenen Hybriden, sowie signifikant niedrigere DON Konzentrationen als ihre isogenen Partnerhybriden unter ECB-Infestierung. Es wurden hochsignifikante Korrelationen zwischen den ECB-Resistenzmerkmalen und der MON-Konzentration gefunden. Jedoch wurde für DON, 15-A-DON, FUM und MON eine signifikante genetische Variation gefunden, was wiederum zeigt, dass ein unterschiedliches Resistenzniveau gegen Fusarium spp. in den Elitehybriden vorhanden ist.Mit Hilfe einer Pyramidisierung von verschiedenen monogenen Bt-Resistenzquellen und der verbesserten quantitativen ECB-Resistenz wäre es prinzipiell möglich, Genotypen mit einer stabilen Resistenz zu schaffen. Um neue Resistenzquellen zu identifizieren und geeignete Zuchtprogramme zu entwickeln, sind allerdings weitergehende Untersuchungen nötig. Desweiteren kann durch eine verbesserte Fusariosenresistenz ein höherer Wirkungsgrad zur Verminderung von Mykotoxinbelastungen im Erntegut erreicht werden als dies derzeit durch ein hohes ECB-Resistenzniveau möglich ist. Da ECB- und Fusariosenresistenz weitgehend unabhängig voneinander vererbt werden, ist eine gleichzeitige züchterische Bearbeitung beider Resistenzen nötig, um die Ertragssicherheit und Qualität künftiger Sorten bei Mais weiter zu verbessern.