Neue Entwicklungen in der angewandten chemischen Ökologie - PD Dr. habil. Jürgen Gross
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Neue Entwicklungen in der
angewandten chemischen Ökologie
PD Dr. habil. Jürgen Gross
Angewandte Chemische Ökologie
Institut für Pflanzenschutz in Obst- und Weinbau
JKI, Dossenheim, Germany
www.jki.bund.de
Integrierter Pflanzenbau: Schlüssel zur Reduzierung des Einsatzes
chemischer Pflanzenschutzmittel
Züchtung und
Sortenwahl
Quelle: Industrieverband Agrar
www.julius-kuehn.de
Unser Beitrag zum IP: Biotechnische Verfahren
Entwicklung selektiver (biologischer) Wirkstoffe auf der Basis
von Info- oder Semiochemikalien und innovativer
Strategien zur nachhaltigen und umweltverträglichen
Schädlingsbekämpfung in der Landwirtschaft
Dr. Jürgen Gross, Arbeitsgruppe „Chemische Ökologie“, Institut für Pflanzenschutz in Obst- und Weinbau, Dossenheim
Arbeitsfelder der Arbeitsgruppe
„Angewandte Chemische Ökologie“
am JKI Dossenheim. Leitung: Jürgen Gross
Grundlagenforschung:
• Erforschung von chemisch vermittelten
interspezifischen Signalwegen
• Einfluss des Klimawandels auf
chemische Kommunikation
Angewandte Technologien Angewandte Technologien zur
zur Abgabe von selektiv Kombinierte selektiven Schaderreger-Regulation
wirksamen Repellentstoffen: Strategien: mittels Locksignalen:
• Dispenserentwicklung Push-and- Pull • Lockstofffallen mit Attraktantien
Attract-and-Kill
Push-Pull-Kill
• Nanotechnologie • Innovative Monitoring-Tools
• Mikroverkapselte repellente • Mikroverkapselte attraktive
Infochemikalien Infochemikalien
• „Smarte“ Pflanzen (in Planung) • Anlockung von Gegenspielern (z. B.
durch Infochemikalien)
Dr. Jürgen Gross, Institute for Plant Protection in Fruit Crops and Viticulture, Dossenheim, Germany www.jki.bund.de
Nachweis verhaltensmodifizierender Infochemikalien:
Duftstoffsammlung, chemische Analyse und Verhaltenstests
GD infiziert (17) 23.05.13 100L be
Tube_946
100
9.49
%
12.19 13.74
9.91 15.20 23.41
5.13 5.50 21.22
8.32
7.93 12.02 12.54 21.47
4.43 6.32
20.56
0
Tube_942
100
Duftstoffsammlung Thermodesorption Gaschromatographie gekoppelt
%
4.01
5.49
8.32 8.71
9.48
9.90
12.05
12.18
15.20
6.31
auf Thermodesorption mit Massenspektrometrie
13.7314.19 20.56 21.21 23.40
4.43 11.22
0
4.90 6.90 8.90 10.90 12.90 14.90 16.90 18.90 20.90 22.90
Tubes (Tenax TA)
Verhaltens-
Biotests
www.julius-kuehn.de
Bedeutung chemischer Signale in der interspezifischen
Kommunikation der Vektoren von Phytoplasmen
Birnenverfall
Schwarzholzkrankheit Europäische Steinobstvergilbung
(ESFY)
Apfeltriebsucht
Dr. Jürgen Gross, Arbeitsgruppe „Chemische Ökologie“, Institut für Pflanzenschutz in Obst- und Weinbau, Dossenheim
Die Überträger der Phytoplasmen nutzen
chemische Signale, um ihre Wirtspflanzen
zu erkennen!
Hyalesthes obsoletus
Cacopsylla pyricola Cacopsylla pruni
Schwarzholz-
Birnenverfall krankheit ESFY
Apfeltriebsucht
C. picta
Alle Abb.: eye of science, Reutlingen
Blattflöhe: Gross & Mekonen 2005. IOBC Bull.
Zwergzikaden: Sharon et al. 2005. J Chem Ecol.
Dr. Jürgen Gross, Institute for Plant Protection in Fruit Crops and Viticulture, Dossenheim, Germany www.jki.bund.de
Reaktion von C. picta-Emigrants auf die Düfte von
gesunden und mit Phytoplasmen infizierten Apfelbäumen
Dr. Christoph J. Mayer
Infected plant odour Healthy plant odour
100% 90 80 70 60 50
0 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100%
Uninfected psyllid
* 59,6 40,4
85,1 14,9 Infected psyllid
***
Extraktion der DNA und
Identifikation der
Phytoplasmen mittels
PCR in bereits getesteten
Blattsaugern
Mayer et al. 2008a. J Chem Ecol.
PD Dr. Jürgen Gross, Angewandte Chemische Ökologie, Institut für Pflanzenschutz in Obst- und Weinbau, Dossenheim
Eine Substanz wurde deutlich stärker von infizierten
Apfelbäumen abgegeben: β-Caryophyllen.
GD infiziert (17) 23.05.13 100L bei 16C, 02-Jun
Tube_946
100
Acquisition feeding %
9.49
9.91
12.19 13.74
15.20 23.41
5.13 5.50 21.22
8.32
7.93 12.02 12.54 21.47
4.43 6.32
20.56
0
Tube_942
100
% 9.48
12.18
9.90 15.20
5.49 12.05
4.01
8.32 8.71
Briem & Zikeli
6.31
13.73 14.19 20.56 21.21 23.40 27.0
4.43 11.22
0
4.90 6.90 8.90 10.90 12.90 14.90 16.90 18.90 20.90 22.90 24.90 26.90
Mayer et al. 2008a. J Chem Ecol.
Mayer et al. 2008b. J Chem Ecol. www.julius-kuehn.de
Blattsauger und Zwergzikaden
nutzen Duftstoffe zur Wirtsfindung.
Die Phytoplasmen verändern
den Duft der Apfelbäume, um sie
so attraktiver für ihre Überträger
zu machen!
Gross & Mekonen 2005. IOBC Bull.
Mayer & Gross 2007. IOBC Bull.
Mayer et al. 2008a,b. J Chem Ecol
Dr.Mayer et al.
Jürgen Gross, 2011. Agr
Arbeitsgruppe Forest
„Chemische Entomol
Ökologie“, Institut für Pflanzenschutz in Obst- und Weinbau, DossenheimQualitative und quantitative chemische Analyse
unterschiedlicher Stämme des AP-Phytoplasmas im GC-MS
(Modellpflanze Tabak)
RT: 14.2 RT: 23.4
avirulenten Stamm virulenten Stamm
Benzoesäure Sesquiterpen
Avirulenter ethylester
Stamm
infiziert mit
gesund
Rid et al. Frontiers Ecol Evol 2016 www.julius-kuehn.deSuche nach attraktiven und repellenten Komponenten bei allen im Obstbau relevanten Psylliden-Arten Schädling/Vektor Lockstoffe Repellentstoffe Cacopsylla picta C. pyri C. pyricola C. pyrisuga C. pruni Gallinger & Gross Frontiers Pla Sci 2018 Gallinger et al. J Pest Sci 2019 www.julius-kuehn.de
Anwendung von Infochemikalien im Pflanzenschutz
Lockstoff in
Falle oder
anderer Monitoring
Formulierung
Lockstoff in
Dispenser Verwirrmethode
Lockstoff in
Falle oder
anderer Massenfang
Formulierung Push-and-Pull
Strategie
Repellentstoff
in Dispenser
oder anderer Abwehr
Formulierung
Dr. Jürgen Gross, Arbeitsgruppe „Chemische Ökologie“, Institut für Pflanzenschutz in Obst- und Weinbau, DossenheimEntwicklung eines Monitoring-Instrumentes zur Über-
wachung der Eiablage des Traubenwicklers im Weinbau
Eupoecilia
ambiguella
Lobesia
botrana
M-OVICARD
Christoph Hoffmann, Margit Rid,
© BauernZeitung 2016 Anna Markheiser
Dr. Jürgen Gross, Institute for Plant Protection in Fruit Crops and Viticulture, Dossenheim, Germany www.jki.bund.deTraubenwicklerbekämpfung – Status Quo
Der Männchenflug korreliert nicht mit der Eiablage der Weibchen!
L. botrana males flight, 2015, Pfalz,
♂
Germany from: http://www.dlr.rlp.de
Für effektives Monitoring:
Bonitur von 100 Gescheinen Moth-
Oviposition
5 -10 % Befall =
Card Biologischer PS:
Insektizidbehandlung (GER)
Verwirrmethode
Nicht praktikabel für den Winzer!
Chemischer PS
mittels Oviziden
oder Larviziden
Entwicklung eines
(in kleinen
Entscheidungshilfewerkzeugs:
Parzellen oder im
Die “M-OVICARD”zum Eiablagemonitoring
Steillagenweinbau)
Life cycle of L. botrana during a typical growing season in
Praktikabel für den Winzer! Northern Spain ( Feytaud, 1924 and Baillod and
Baggiolini, 1993).
Dr. Jürgen Gross, Institute for Plant Protection in Fruit Crops and Viticulture, Dossenheim, Germany www.jki.bund.deHeadspace-Analyse von V. vinifera Beeren
Sortenvergleich zu verschiedenen
Phänologiezeitpunkten Tragbares 6-Kanal
HS Gerät
BBCH BBCH
Duftstoffsammlung mit einem
selbst entwickelten Gerät Rid et al. Front. Ecol. Evol. 2016
Gross et al. Phytoplasma 2, 2018
Thermodesorption + GC-MS
Matrix:
Tenax TA
Trauben
eingepackt in
16 Bratschlauch
www.julius-kuehn.deDuftstoffwahrnehmung: GC-EAD Nur 24 durch Insektenantennen
wahrnehmbare Duftstoffe
Rid et al. J Plant Dis Protect 2019Fruchtwachse entscheidend für die Eiablageentscheidung?
Mit Wachs Wachs durch chemische
Behandlung entfernt
Oleanolsäure
with wax without wax
E. ambiguella
Rid et al. J Pest Sci 2018
Beeren ohne Wachsschicht sind weniger attraktiv zur Eiablage!
Dr. Jürgen Gross, Institute for Plant Protection in Fruit Crops and Viticulture, Dossenheim, Germany www.jki.bund.deEntwicklung einer Karte zur Überwachung der
Eiablage des Traubenwicklers im Weinbau
Zusammenarbeit mit Prof. Matthias König, FH Bielefeld
Aktueller Prototyp besteht aus:
- Duftstoffen für Nahanlockung
Moth-
Oviposition
- Spezifische Oberflächenstruktur
Card - Spezifische Farbe
- Belag aus Eiablageattraktantien
(Ursolsäure, Oleanolsäure)
Greif et al. 2017; 2018
Rid et al. 2018; 2019
Smartphone-App speichert
• Zeit, Datum, Position und zählt die Eier
Sprute et al. 2016 • Gibt Bekämpfungsempfehlung
Dr. Jürgen Gross, Institute for Plant Protection in Fruit Crops and Viticulture, Dossenheim, Germany www.jki.bund.deLockstoff in
Dispenser Verwirrmethode
• Wird in vielen Ländern gegen verschiedene Schädlinge angewandt
• In Deutschland hauptsächlich gegen Traubenwickler und Apfelwickler
Problem Klimawandel: Einfluss von Temperatur, CO2-Gehalt der Luft, Ozon
auf Pheromon-Abgabe und -Rezeption noch unklar:
KLIMAKOM-Projekt
Dr. Jürgen Gross, Institute for Plant Protection in Fruit Crops and Viticulture, Dossenheim, Germany www.jki.bund.deKLIMAKOM: Klimabedingte Störfaktoren in biologischen Systemen: Temperaturerhöhung, erhöhte Konzentrationen klimawirksamer Gase (v. a. CO2) und reaktives Ozon beeinflussen Abgabe, Rezeption, Abbau und Transport von Pheromonen und Allelochemikalien. Prof. Annette Reineke Dr. Christine Becker Margit Rid FACE-System Dr. Margit Rid
Lockstoff in
Falle Massenfang
Push-and-Pull
Strategie
Repellentstoff
in Dispenser Abwehr
Angewandte Technologien:
• Dispenser und Falle
• Mikroverkapselte Infochemikalien
• Nanotechnologie
Dr. Jürgen Gross, Institute for Plant Protection in Fruit Crops and Viticulture, Dossenheim, Germany www.jki.bund.deEntwicklung von selektiven und effektiven
Lockstofffallen
A B C D
E F G H
Dr. Jürgen Gross, Arbeitsgruppe „Chemische Ökologie“, Institut für Pflanzenschutz in Obst- und Weinbau, DossenheimBewertung einer Monitoring-Falle (JKI 2.0) 2015 in Dossenheim
92 % (335; 1,25/Baum/Woche) der Zielorganismen mit der Falle gefangen.
8 % (29; 0,33/Baum/Woche) mit der klassischen Klopfmethode gefangen.
1,2
beating tray method
JKI traps 2.0
1
0,8
captured C. picta per tree / trap
0,6
0,4
0,2
0
Während der Saison 2015 wurden signifikant mehr C. picta (individuals per
tree) mit der JKI 2.0-Falle gefangen (Mann-Whitney-U test, pBeantragung von Schutzrechten für die Lockstofffalle
„JKI 2.1“
2013 Eintragung der JKI 2.0 als Geschmacksmuster
(AZ: 40 2013 100 241.7)
2016: Anmeldung eines Europäischen Patents (zusammen
mit Dr. Cornelia Dippel, Geschäftsführerin von IS Insect
Services GmbH, Berlin) für modifizierte Falle JKI 2.1, mit
Dispenser und Lockstoff sowie bei Bedarf kombiniert mit
visuellem Köder (gelb, rot).
2019 Patentantrag abgelehnt.
2020 Markteinführung durch IS Insect Services geplant.
www.julius-kuehn.deDie Rolle von gustatorischen und
visuellen Reizen
Number of sheats in SPLAT beads
in different colors. C. pyri 5x♂ & 5x♀
Die Farbe „rot“ wird vom Birnblattsauger C.pyri
signifikant bevorzugt.
www.julius-kuehn.deAnzahl als Beifänge gefangener Nützlinge in roten und
transparenten Fallen im Versuchsfeld in Dossenheim 2018.
Bestäuber (Wildbienen und Schwebfliegen) werden in roten
Fallen geschont!
(Mann Whitney U Test, p>0.05=ns)
www.julius-kuehn.deEntwicklung von effektiven Dispensern zur Duftstoffabgabe (Attraktantien und Repellentien) Dr. Jürgen Gross, Institute for Plant Protection in Fruit Crops and Viticulture, Dossenheim, Germany www.jki.bund.de
Entwicklung von innovativen Bekämpfungsstrategien:
Push-and-Pull-Strategien (PRUNI-REPEL)
Dispenser mit Repellentstoffmischung Lockstofffalle
Jannicke
Gallinger
PUSH PULL
Dr. Jürgen Gross, Institute for Plant Protection in Fruit Crops and Viticulture, Dossenheim, Germany www.jki.bund.deNANO-PUSH-Projekt (seit März 2018) (DAAD)
in Kooperation mit der Universität Gießen:
Materialien mit Nanoporen zur Duftstoffabgabe
Zielorganismen Birnblattsauger C. pyri und C. pyricola
Electrospinning Technologie Bruna Czarnobai
de Jorge
Nanoporen mit
Einschlüssen der
Infochemikalien
(HELLMANN et at., 2011)
(Zhang et al. 2014)
- Abgabe aus feinen Fasern mit winzigen Einschlüssen der Infochemikalien
- Höhere Stabilität der Verbindungen
- Geringere Aufwandmengen nötig durch langsamere Abgabe der Agentien
- ungefährlich (Fasern sind mikro) und biologisch abbaubar www.julius-kuehn.deForschungsprojekt PICTA-KILL:
Entwicklung eines Push-Pull-Kill Systems zur
Bekämpfung von Cacopsylla picta
März 2017, BMEL
Dr. Jürgen Gross, Institute for Plant Protection in Fruit Crops and Viticulture, Dossenheim, Germany www.jki.bund.deEntwicklung von Push-Pull-Kill-Systemen
mit mikroverkapselten Infochemikalien
Zusammenarbeit mit Prof. Anant Patel, FH Bielefeld
Louisa Görg
Dr. Jürgen Gross, Institute for Plant Protection in Fruit Crops and Viticulture, Dossenheim, Germany www.jki.bund.de• Push-Pull-Kill-Methode zur
Biologischen Bekämpfung
des Sommerapfelblattsaugers
Biologisch abbaubares Biopolymer
ATTRACT (β-Caryophyllen, Methylsalicylat)
Künstliches Medium mit Nährstoffen Linda Muskat
KILL: Sporen eines insektenpathogenen Pilzes
Attract:
Kill:
Dr. Jürgen Gross, Institute for Plant Protection in Fruit Crops and Viticulture, Dossenheim, Germany www.jki.bund.deInfektionsversuche mit einem neuen, aus Psylliden in DK isolierten
entomopathogenen Pilz (Entomophtorales, Pandora sp., neue Art): KILL
Louisa Görg Annette H. Jensen
Cacopsylla picta
…on additional Cacopsylla spp.
C. pruni C. pyricola C. mali C. peregrina
Dr. Jürgen Gross, Arbeitsgruppe „Chemische Ökologie“, Institut für Pflanzenschutz in Obst- und Weinbau, DossenheimIntegrierter Pflanzenbau: Schlüssel zu moderner Landwirtschaft
Züchtung und
Sortenwahl Produktion von
Pflanzen, die sich mit
Semiochemikalien
selbst schützen?
Quelle: Industrieverband AgrarNatürliche Systeme
Alarmpheromone von Blattläusen
• Viele Blattläuse geben β-Farnesen als Alarmpheromon ab.
• Dieses Blattlausalarmpheromon wird auch von Drüsenhaaren
wilder Kartoffelarten (z. B. Solanum berthaultii) abgegeben.
• Und in geringen Mengen auch von einigen Sorten der
Kulturkartoffel S. tuberosum.
Beta-Farnesen wirkt abschreckend auf Blattläuse.
Z-3-Hexenol wirkt anlockend auf Blattläuse.
Push-and-Pull Komponenten!
Dr. Jürgen Gross, Arbeitsgruppe „Chemische Ökologie“, Institut für Pflanzenschutz in Obst- und Weinbau, DossenheimBlattlausvektoren im Kartoffelanbau: Push-and-Pull beim Anbau insektenresistenter Pflanzen („Smarte“ Pflanzen) Neuzüchtung von Kartoffelpflanzen, die selbst Repellentstoffe (beta-Farnesen) abgeben, kombiniert mit Lockstofffallen als Variation klassischer Push-and-Pull- Strategien. Gleichzeitig werden durch das beta-Farnesen Nützlinge aus benachbarten Blühstreifen angelockt, die evtl. resistente Blattläuse fressen. Lockstofffalle mit Z-3-Hexenol: Kartoffelpflanze emittiert beta-Farnesen: Nützlinge töten zurückgebliebene Blattläuse Lockt und tötet Blattläuse vertreibt Blattläuse lockt Nützlinge Dr. Jürgen Gross, Arbeitsgruppe „Chemische Ökologie“, Institut für Pflanzenschutz in Obst- und Weinbau, Dossenheim
Mein Dank geht an…
…meine Studierenden, Gärtner/innen und
Laborpersonal: Team der Angewandten
Chemischen Ökologie 2019
Dr. Margit Rid, Dr. Mascha Bischoff, Dr. Christoph
Mayer, Jannicke Gallinger, Louisa Görg, Doris
Maurer, Bruna Czarnobai de Jorge, Svenja Stein,
Natalie Giesen, Sabine Wetzel, Thimo Braun, Felix
Hergenhahn.
…meine Partner und Geldgeber:
Dr. Jürgen Gross, Arbeitsgruppe „Chemische Ökologie“, Institut für Pflanzenschutz in Obst- und Weinbau, DossenheimSie können auch lesen
