Influence of primary and secondary plant metabolites on the migration and feeding behavior of Cacopsylla pruni, the vector of European Stone Fruit Yellows

  • Jannicke Gallinger Julius Kühn-Institut

Abstract

Der Pflaumenblattsauger, Cacopsylla pruni ist eine univoltine Insektenart, welche sich mit ihren spezialisierten Mundwerkzeugen stechend-saugend vom Phloem ihrer Wirtspflanzen ernährt. Während ihres Lebens alternieren Pflaumenblattsauger zwischen laubtragenden Prunus-Bäumen und immergrünen Koniferen. Zu Beginn des Frühjahrs fliegen die adulten Blattsauger in Steinobstanlagen, wo sie ihre Eier bevorzugt auf bestimmte Prunus-Arten ablegen. Nach der Paarung und der Eiablage sterben die Individuen der alten Generation (Remigrants). Die nächste Generation entwickelt sich von April bis Juni. Die jungen Adulten (Emigrants) bleiben noch einige Tage auf den Steinobstbäumen, bevor sie auf Nadelbäume in höheren Lagen abwandern. Dort verbleiben sie bis zum nächsten Frühjahr, in welchem sie zwecks Reproduktion wieder zurück zum Steinobst wandern. Das Verbreitungsgebiet des Pflaumenblattsaugers erstreckt sich über Europa und angrenzende Gebiete. Von Relevanz für den Obstanbau ist C. pruni hauptsächlich wegen seiner Fähigkeit, das Phytoplasma ‘Candidatus Phytoplasma prunorum’ zu übertragen. Dabei handelt es sich um ein zellwandloses Bakterium, welches in seinen Wirtspflanzen ausschließlich im Phloem verbreitet ist. Wenn die Pflaumenblattsauger an infizierten Prunus-Bäumen saugen, nehmen sie die Phytoplasmen aus dem Phloem auf. Nachdem sich die Bakterien in den Insekten vermehrt haben, können sie über den Speichel der Blattsauger auf gesunde Prunus-Bäume übertragen werden. ‘Ca. P. prunorum’ ruft die sog. Europäische Steinobstvergilbung (European Stone Fruit Yellows, ESFY) hervor. Dabei handelt es sich um eine der bedeutendsten Pflanzenkrankheiten im Europäischen Obstanbau, welche zu massiven Ernteausfällen und wirtschaftlichen Einbußen führt. Von den typischen Symptomen, wie dem verfrühten Austrieb, dem chlorotischen Blattrollen und der Notreifung der Früchte, sind vor allem für den Anbau kultivierte Sorten von Pfirsichen (Prunus persica), Aprikosen (Prunus armeniaca) und Japanischen Pflaumen (Prunus salicina) betroffen. In diesen Arten führt die Infektion innerhalb weniger Jahre zum Absterben der Bäume. Heimische Arten wie Schlehen (Prunus spinosa) und wilde Pflaumen (Prunus cerasifera, Prunus insititia) zeigen meist keine schwerwiegenden Symptome, ebenso die meisten kultivierten Sorten von Pflaumen (Prunus domestica).

Bis heute gibt es keine Maßnahmen zur Bekämpfung von Phytoplasmosen. Eine Alternative stellt die Regulation der Vektorinsekten dar. Mit Hilfe sogenannter Infochemikalien könnte das Verhalten der Blattsauger so manipuliert werden, dass diese aus den Steinobstanlagen ferngehalten werden. Dadurch kann die Anzahl der Neuinfektionen mit ESFY gemindert werden. Da bisher nur wenig über die Biologie und Ökologie des Pflaumenblattsaugers bekannt ist, habe ich in der vorliegenden Arbeit den Einfluss von pflanzenbürtigen Duft- und Inhaltsstoffen auf das Verhalten und die Fitness von C. pruni untersucht.

Anhand von Feldstudien zum Vorkommen von C. pruni in verschiedenen Prunus-Arten identifizierte ich welche Wirtspflanzen von C. pruni bevorzugt besiedelt werden. Dadurch konnte ich P. insititia als eine der bevorzugten Prunus-Arten einstufen. Im Gegensatz dazu wurden nur wenige Pflaumenblattsauger auf P. persica Bäumen gefunden. In den Studien zur Wirts-Präferenz von C. pruni der vorliegenden Arbeit wurden die Duft- und Inhaltsstoffe dieser beiden Prunus-Arten und Koniferen verglichen, um den Einfluss von olfaktorischen und gustatorischen Reizen auf das Verhalten der Pflaumenblattsauger zu beurteilen. Mit der Aufzeichnung von Elektroantennogrammen konnte ich zeigen, dass Pflaumenblattsauger Weibchen sowohl volatile Substanzen aus dem Duft von Prunus-Bäumen als auch typische Nadelbaumdüfte wahrnehmen können. An Hand von Olfaktometerversuchen mit C. pruni konnte ich jedoch die Bevorzugung bestimmter Wirtspflanzen nicht allein auf olfaktorische Reize zurückführen. Daher untersuchte ich ebenfalls den Einfluss der Pflanzeninhaltstoffe auf C. pruni. In einer Entwicklungsstudie konnte ich beweisen, dass sich C. pruni Nymphen besser auf der präferierten wilden Pflaumenart P. insititia, als auf der weniger bevorzugten kultivierten Pfirsichsorte P. persica cv. South Haven entwickeln können. Die  Entwicklungsunterschiede korrelieren mit den Ergebnissen meiner Untersuchung zur Zusammensetzung des Phloemsaftes beider Prunus-Arten. Für die Präferenz von bestimmten Wirtspflanzen scheinen gustatorische Reize für C. pruni wichtiger zu sein als olfaktorische Signale. Dass die Zusammensetzung des Pflanzensaftes eine wichtige Rolle für C. pruni spielt, konnte ich durch weitere Entwicklungsstudien an Koniferen bestätigen. Es zeigte sich, dass sich C. pruni Nymphen nicht auf Nadelbäumen entwickeln können, auch wenn sie Pflanzensaft von Koniferen aufnehmen. Adulte C. pruni hingegen überleben signifikant länger auf Nadelbäumen als ohne Nahrungsquelle. Woraus ich schließe, dass sie die immergrünen Nadelbäume als Wasser- und Nährstoffquellen im Winter benötigen und daher auf den Wirtswechsel angewiesen sind. Des Weiteren wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht, ob sich eine Infektion mit ‘Ca. P. prunorum’ auf die Interaktion zwischen den Vektorinsekten und ihren Wirtspflanzen auswirkt. Zu diesem Zweck wurde das Saugverhalten der Nymphen an ESFY-infizierten und nichtinfizierten P. insititia und P. persica Bäumen mittels Elektropenetrographie untersucht. Dabei zeigte sich, dass sich die Infektion der Prunus-Pflanzen nur auf die mittlere Dauer der Aufnahme von Xylemsaft auswirkt. C. pruni-Nymphen saugten durchschnittlich weniger am Xylem von infizierten Prunus-Bäumen. Die durchschnittliche Dauer der Saugaktivität im Phloem der Wirtspflanzen wurde nicht durch die Infektion beeinflusst. Zusätzlich analysierte ich den Inhalt des Phloems. Dabei war es nicht möglich, dessen chemische Zusammensetzung auf Grund der ‘Ca. P. prunorum’ Infektion zu unterscheiden. In Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen wirkte sich die Infektion der Wirtspflanzen nicht auf die Entwicklungsgeschwindigkeit von C. pruni-Nymphen aus.

Veröffentlicht
2020-04-16
Ausgabe
Rubrik
Dissertation