Untersuchungen zum Auftreten von Braunverfärbungen bei Spargel (Asparagus officinalis L.) unter besonderer Berücksichtigung des Befalls mit Fusarium spp. und Viren in Spargelanlagen Sachsen-Anhalts

Investigation of brown asparagus spears with specific consideration of Fusarium and virus infections in asparagus plantations of Saxony-Anhalt

Abb. 1. Standortverteilung der 14 untersuchten Spargel­baubetriebe in Sachsen-Anhalt.

Abb. 2. Boniturschema zur Evaluierung der Braunverfär­bung bei Spargel (Asparagus officinalis L.). BV1 – keine Verfärbungen; BV3 – minimale Verfärbun­gen (1–5%); BV5 – deutliche Verbräunungen an der Stangenbasis (6–20%); BV7 – Stangen deut­lich braun verfärbt teilw. bis in tiefere Schichten (21–50%); BV9 – über 50% der Stange ist braun gefärbt, gelb-braune bis schwarze Läsionen oder Faulstellen.

Für weiterführende histologische Untersuchungen, wurde stichprobenartig von Spargelstangen eine 5 mm dicke Gewebescheibe mittels Histofix (Roth, Germany) fixiert, über eine aufsteigende Ethanolreihe entwässert und anschließend in Historesin (Leica, Germany) nach Vorschrift des Herstellers eingebettet. Mittels Rotationsmikrotom RM 2155 (Leica, Germany) wurden 5 μm Semi­dünnschnitte hergestellt und mit 0,1% Toluidinblau­lösung gefärbt. Die mikroskopische Auswertung erfolgte mit einem Nikon90i Mikroskop (Nikon, Germany) im Hellfeld.

Abb. 4. A-Spargelscheibe mit Braunverfärbung; B-D – Histologischer Querschnitt durch Spargelgewebe mit Symptomen der Braunverfärbung; B- Querschnitt von Epidermis bis zum Leitbündelgewebe; C + D – Nekrotische Stellen im Epidermisbereich und deformierte Zellen im sub-epidermalen Stangengewebe mit Fusarium-Hyphen durchsetzt. (Balken = 100 μm).

Nach In-vitro-Inkubation wurden in 122 (28,4%) Stangen Mikro- und Makrokonidien von Fusarium spp. beobachtet. Der prozentuale Anteil von Stangen mit Fusarium-Nachweis nahm mit zunehmender Boniturklasse für Verbräunung zu (Tab. 2). In histologischen Untersuchungen konnten entsprechende Pilzhyphen im sub-epidermalen Spargelgewebe nachgewiesen werden, teilweise auch im Leitgewebe (Abb. 5–7). 

Abb. 5. Nachweis von Fusarium spp. im Spargelgewebe. A-Petrischale mit Spargelproben auf PDA; B-Hyphen und Mikrokonidien im Wasserpräparat; C + D –Mikro- und Makrokonidien von Fusarium oxysporum. (Balken = 100 μm).

Abb. 7. A-Braunverfärbung innerhalb des Stangengewebes; B + C – Histologischer Querschnitt durch die Leit­gefäße mit massivem Fusarium-Befall. (Balken = 100 μm).

Abb. 6. Histologischer Nachweis von Fusarium spp.-Hyphen im Spargelgewebe (Horizontalschnitte, Toluidin­blau-Färbung); A – Fusarium-Befall im Bereich der Epidermis; B-D Fusarium-Nachweis im sub-epider­malen Stangengewebe (ca. 0,5 cm tief). (Balken = 100 µm).

In den ELISA-Untersuchungen wurde in 398 (92,8%) Stangen AV-1, in 137 (31,9%) Stangen AV-2 und in 363 (84,6%) Stangen CMV nachgewiesen. ArMV war nur in 15 Proben (3,5%) nachweisbar, das TSV konnte bei keiner Probe ermittelt werden. In lediglich 2 Proben ließ sich kein Virus nachweisen (Abb. 3).

Abb. 3. Prozentualer Anteil der Spargelproben mit Braunverfärbung, Fusa­rium spp. und Viren (n = 429 Stangen).

Fusarium konnte in 4 Betrieben bei 60–85% der Stangen und in 5 Betrieben zwischen 20–30% der Stangen diagnostiziert werden. In 4 Betrieben lag die Befallsrate unter 10%. Jeweils in einem Betrieb waren keine Symptome von BV (K) oder Fusarium (M) nachweisbar (Tab. 3).

Signifikante Standortunterschiede waren auch für den Virusbefall nachweisbar. AV-1 trat in 11 Betrieben bei 90–100% der Stangen auf, nur an zwei Standorten lag der Befall unter 80%. CMV konnte ebenfalls in allen Betrieben nachgewiesen werden, allerdings variierte der Befallsgrad. In je einem Betrieb waren 10% bzw. 40% der Stangen CMV positiv, bei einem Betrieb ~65% und bei 11 Betrieben 80–100%. Differenzierter war der Befall mit AV-2. In Proben von zwei Betrieben konnte kein AV-2 (J, M) nachgewiesen werden, 8 Betriebe wiesen einen Befallsgrad zwischen 13–35%, zwei zwischen 40 und 45% sowie zwei Betriebe über 80% auf. ArMV war lediglich in drei Betrieben nachweisbar (Tab. 3).

Ebenfalls keine Sortenunterschiede waren bezüglich dem Befall mit AV-1 (~90–100%) nachweisbar. Für AV-2 und CMV waren die Unterschiede signifikant. Mit CMV waren 80–100% der Stangen fast aller Sorten befallen, nur bei ‘Eposs‘ war der Anteil mit 56% geringer. Die Befallsanteile bezüglich AV-2 und ArMV variieren zwar sehr stark, allerdings wurden beide Viren nicht an allen Standorten nachgewiesen und nicht alle Sorten waren auf allen Standorten vorhanden, so dass die Aussagen nur tendenziellen Charakter haben und weiter verifiziert werden müssen (vergl. Tab. 3 und Tab. 4). Andererseits wird am Beispiel AV-2 und ArMV der maßgebliche Einfluss des Standortes deutlich. AV-2 wurde in allen Sorten gefunden, in Proben aus zwei Betrieben war jedoch kein AV-2 nachweisbar. Das ArMV wurde nur an drei Standorten nachgewiesen, von diesen Standorten stand jeweils eine Probe der Sorte ‘Grolim‘, ‘Gijnlim‘ und ‘Thielim‘ zur Verfügung.

Repräsentativ ist die Datenlage für die Sorte ‘Gijnlim‘ (n = 155), bei der die Proben aus 6 Betrieben und 10 Anlagen stammten. Braunverfärbung wurde in Proben von allen Anlagen nachgewiesen und variierte signifikant von 100% (2 Anl.), 30–67% (6 Anl.) und 10% (1 Anl.). Bei 4 Anlagen (C, D, E, G2) war bei allen Stangen mit Braunverfärbung auch Fusarium nachweisbar. In Proben von 2 Anlagen (G1, H1) konnte kein Fusarium nachgewiesen werden (Tab. 5). In den ‘Gijnlim‘-Anlagen wurden alle untersuchten Viren, mit Ausnahme des TSV nachgewiesen. ArMV war allerdings nur an einem Standort (F) nachweisbar, das AV-2 war bei Proben jeweils einer Anlage in zwei Betrieben (G1, H2) nicht nachweisbar, was wiederum den Standorteinfluss deutlich macht (Tab. 5).

Während in 44 Stangen (10,3%) ausschließlich AV-1 und in 25 Stangen (5,8%) ausschließlich CMV nachgewiesen wurde, konnte im überwiegenden Teil der Proben ein Befall mit mehreren Viren diagnostiziert werden. Besonders auffällig war die Viruskombination [AV-1 + CMV] in 48,5% (n = 208) der Proben sowie die Kombination [AV-1 + AV-2 + CMV] in 26,6% (n = 114) der Proben. In zwei Proben (0,5%) waren alle vier Viren nachweisbar (Abb. 8). Von den 114 Stangen mit dreifachem Virus­befall [AV-1 + AV-2 + CMV] zeigten 65% auch BV und 35% waren mit Fusarium belastet. Sehr ähnlich war es bei den 208 Stangen mit [AV-1 + CMV] Befall, wo gleichzeitig bei 63% der Stangen BV und bei ~30% Fusarium nachgewiesen wurde. Dagegen lag in Proben bei denen nur ein Virus nachgewiesen wurde, der Anteil von Stangen mit BV bei ~40% und Fusarium bei 13% (Tab. 6). Bei Betrachtung der Gesamtstichprobe korrelieren BV schwach mit Fus, AV-1 und CMV. Ebenfalls schwach korrelieren AV-2 mit Fus und AV-1 (Tab. 7).

Abb. 8. Prozentualer Anteil von Spargelproben mit Einfach- und Mehrfachnachweis von Viren (n = 429 Einzel­proben, x-Achse = Stangenzahl).

Da bisher keine Daten zum Auftreten von Braunverfärbungen publiziert wurden, sind Vergleiche nicht möglich. Die Untersuchungsergebnisse sprechen allerdings für ein flächendeckendes Problem, wobei die Standortunterschiede grösser waren als die Sortenunterschiede. Weiterführende Untersuchungen zum kausalen Ursprung der Braunverfärbungen scheinen dringend angebracht. Erste Ansätze hierzu gibt es inzwischen in Niedersachsen (Leibniz Uni Hannover) mit einem Projekt zur „Analyse von Stängelmängeln, insbesondere von Braunverfärbungen, an Spargel“ (Bradatsch et al., 2010). Aufgrund verschiedener Publikationen war zwar von einem hohen Befalls­potential durch Fusarium spp. ausgegangen worden, die hohe Nachweisrate in den Stangen (~30%) war dennoch überraschend. Auch hier waren die Standortunterschiede größer als die Sortenunterschiede. Standortunterschiede könnten auch aus einer unterschiedlichen Verbreitung der Spargelfliege (Platyparea poecilopter) resultieren, die als möglicher Verbreiter von Fusarium spp. angesehen wird (Koch et al., 2010b). Zwar deutet die Korrelationsanalyse einen gewissen Zusammenhang zwischen Braunverfärbung und Fusarium an, jedoch sind weiterführende Untersuchungen nötig, um einen kausalen Zusammenhang verifizieren zu können. Die ebenfalls schwache Korrelation zwischen BV und AV-1 sowie CMV, könnte auch auf einen komplexeren Zusammenhang z.B. mehrerer Pathogene hindeuten.

Analog zu publizierten Untersuchungen für Deutschland (Hein, 1963, 1969; Weissenfels und Schmelzer, 1976b; Kegler et al., 1991; Bandte et al., 2008), kann für Sachsen-Anhalt von 80–100%iger Durchseuchung der Spargelanlagen mit dem AV-1 ausgegangen werden. Ebenfalls massiv ist der Befall mit CMV einzustufen. Für eine schnelle Verbreitung ist offensichtlich die leichte mechanische Übertragbarkeit verantwortlich. So wurde bislang zumindest für das AV-1 die Übertragung durch das Spargel­stechen nachgewiesen (Kegler et al., 1991). Darüber hinaus werden beide Viren durch Blattläuse, insbesondere durch die weit verbreitete Pfirsichblattlaus (Myzus persicae), übertragen und können daher in dicht strukturierten Anbaugebieten schnell verbreitet werden (Hein, 1969; Falloon et al., 1986). Als Reservoire für eine schnelle Verbreitung des AV-1 kommen neben Spargelaltanlagen auch Unkräuter aus der Familie Chenopodiaceae in Frage (Hein, 1969; Fujisawa et al., 1983; Kegler et al., 1991). Das CMV besitzt demgegenüber einen außerordentlich großen Wirtspflanzenkreis, zu dem neben verschiedenen Unkräutern häufig angebaute Kulturpflanzen wie Bohne, Gurke, Kartoffel u.a. zählen. Bei AV-2 scheint es gegenwärtig noch regionale Unterschiede zu geben. Phytosanitäre Maßnahmen und optimales Anbaumanagement könnten zumindest das Ausbreitungsrisiko deutlich reduzieren. In erster Linie wäre hier die Erzeugung und Verwendung von virusfreiem Saatgut zu nennen, da AV-2 Pollen und Saatgut übertragbar ist (Kegler et al., 1999).

ArMV und TSV spielen derzeit noch keine Rolle, ihre epidemiologische Entwicklung sollte aber weiter beobachtet werden. Da TSV ebenfalls durch Blattläuse übertragen wird, kann hier bei Vorhandensein entsprechender Wirtspflanzen (z.B. Tabak) ein Eintrag in Spargelanlagen Sachsen-Anhalts erfolgen.

Allarmierend ist der hohe Grad festgestellter multipler Virusinfektionen (~83%) mit zwei oder drei Viren, in zwei Fällen wurden sogar vier Viren nachgewiesen. Aus Ergebnissen früherer Untersuchungen vermutet man gerade bei Pflanzen mit Mehrfachinfektionen einen massiven Leistungsabfall und frühzeitiges Absterben. Bandte et al. (2008) konnten in einem Drittel der untersuchten Proben ebenfalls multiplen Befall zeigen, allerdings immer nur Befall mit zwei Viren. Analog wurde auch in der vorliegenden Studie keine Probe mit AV-2 Einzelinfektion gefunden, sondern immer in Kombination mit anderen Viren. Die Korrelation zwischen AV-2 und AV-1 unterstützt diese Aussage.

Eine generelle Aussage zum Befallsgrad innerhalb einzelner Betriebe mit Bezug auf die Anlagen war nicht möglich, da nur von einigen Betrieben Proben von mehreren Anlagen vorlagen (Tab. 1). Unter letzteren gab es sowohl Fälle wo alle Proben unabhängig von Sorte und Schlag stark befallen waren, als auch Fälle wo Einzelanlagen deutlich stärkeren oder schwächeren Befall aufwiesen. Das dargestellte Beispiel der Sorte ‘Gijnlim‘ aus 6 Betrieben und 10 Anlagen (Tab. 5) unterstützt diese Aussage.

Die festgestellten Sortenunterschiede waren für BV, AV-2 und CMV zwar signifikant, unter Berücksichtigung der nachgewiesenen Befallsunterschiede an den verschiedenen Standorten, müssen diese aber mit Vorsicht betrachtet werden und können wahrscheinlich nicht im Sinne einer möglichen Resistenz oder Toleranz interpretiert werden.

Tendenziell zeigten Stangen mit dem stärkeren Verbräunungsgrad oft einen multiplen Befall mit Viren und meist auch mit Fusarium. Die Ergebnisse der Korrelations­analyse unterstützen partiell die Hypothese.

Der insgesamt dramatische Befall mit verschiedenen Pathogenen macht die Forderung nach verstärkter Aktivität in Richtung Resistenzzüchtung deutlich, um zukünftig, unter dem zunehmenden ökonomischen Druck in Deutschland, konkurrenzfähig Spargel produzieren zu können.

Bei allen getroffenen Aussagen musste die Altersstruktur der Spargelanlagen unberücksichtigt bleiben, da keine vollständigen Daten vorlagen. Ebenso konnten mögliche Wechselwirkungen zu klimatischen Verhältnissen oder Bodenverhältnissen der jeweiligen Standorte sowie Ernteterminen nicht betrachtet werden.