Die phytomedizinischen Herausforderungen im Leben von Otto Appel: Ein Überblick seiner wissenschaftlichen Arbeiten anlässlich seines 150. Geburtstages

The phytomedical challenges in the life of Otto Appel: An overview of his scientific work on the occasion of his 150^th birthday

Otto Appel stellte sich die Frage, ob denn jede Pflanze befähigt ist, Gallen zu tragen. Er untersuchte alle möglichen Pflanzen in der Natur als auch in den ihm zugäng­lichen Herbarien auf das Vorkommen von Gallen. Er führte Übertragungsversuche mit Vektoren durch, um zu demonstrieren, dass ein und derselbe Vektor an verschiedenen Pflanzenarten Gallen verursachen kann. So zahlreich Pflanzengallen insgesamt auftraten, so gab es doch verschiedene Pflanzenfami­lien, in denen er keine Gallen nachweisen konnte, wie zum Beispiel bei Vertretern der Rutaceae (Rautengewächse), Araceae (Aronstabgewächse), Verbenaceae (Eisenkrautgewächse), Amaryllidiaceae (Narzissengewächse) und Orchidaceae (Orchideengewächse) (Appel, 1899). Doch so interessant diese Beobachtungen auch seien, so vorsichtig solle man laut Appel mit Verallgemeinerungen sein, denn die Untersuchungen stellten nur einen kleinen Ausschnitt der in den jeweiligen Pflanzenfamilien auftretenden Arten dar.

Nach Abschluss seiner Promotion im Juli 1897 arbeitete Otto Appel für ein Jahr als Assistent am Institut für Hygiene und Bakteriologie der Universität Würzburg und ab Sommer 1898 für ein weiteres Jahr als Assistent am Bakteriologischen Institut des Landwirtschaftlichen Instituts der Albertus-Universität Königsberg.

Es war die Aufgabe der Biologischen Abteilung des Kaiserlichen Gesundheitsamtes, wirksame Verfahren zur Bekämpfung der in Deutschland für Land- und Forstwirtschaft schädlichen Wirbeltiere auszuarbeiten (Jacobi und Appel, 1902). Um dies zu tun, bedurfte es einer guten Kenntnis des Verhaltens und der Fortpflanzung der Tiere. Jacobi und Appel sahen als Ursache der explosionsartigen Vermehrung der Kaninchen deren hohen Reproduktionsrate und Anpassungsfähigkeit an. Sie schrieben: „Ueberhaupt ist das wilde Kaninchen entsprechend seiner, für ein Nagethier bedeutenden, geistigen Begabung weit mehr als der Hase geneigt, seine Lebensweise auch ungewöhnlichen Bedingungen anzupassen“ (Jacobi und Appel, 1902). Die Folge der guten Anpassungsfähigkeit waren hohe wirtschaftliche Schäden durch das Abschälen der Rinde von Forstgehölzen, Obstbäumen und Weinreben, dem Fraß an landwirtschaftlichen Kulturen und dem Aufwühlen der Ackerflächen. Die seinerzeit genutzten klassischen Bekämpfungsverfahren wie Abschießen, Frettchenjagd, Fallen, Einbinden der Stämme mit Stroh oder Reisig, Zäune oder ein Anstreichen der Stämme mit Kalk bzw. einem Gemisch aus faulem Rinderblut, Stinkasant und Kuhmist waren wenig wirksam oder zu aufwändig und teuer. Immer lauter wurde der Ruf nach „neuen“, d. h. chemischen, Verfahren.

Erste Erfahrungen mit dem Einsatz chemischer Verfahren machte man bei der Bekämpfung der aus den U.S.A. eingeschleppten und in Deutschland erstmals 1874 aufgetretenen Reblaus. Diese Verfahren testete man für die Bekämpfung des Kaninchens. Allerdings verzichtete man auf den Einsatz von Blausäure sowie die Anwendung von Chlorgas oder Kohlenmonoxid wegen der hohen Toxi­zität für den Anwender sowie der umständlichen Anwendung. Zudem stellte sich rasch heraus, dass Acetylen unwirksam und schweflige Säure bzw. schweflige Säure in Kombination mit Kohlensäure (= Pictolin) in der Anwendung (Druckflaschen) zu umständlich waren. Somit lag die ganze Hoffnung auf Schwefelkohlenstoff, einer farblosen bis gelblicher, bei gewöhnlicher Tempe­ratur sehr leicht verdunstender Flüssigkeit von unan­genehmem, fauligem Geruche, deren Dampf Tiere einschläfert und tötet (Jacobi und Appel, 1902). Basierend auf Röhrenversuchen im Labor und Nachgrabungen im Feld erarbeiteten Jacobi und Appel (1902) Empfehlungen für die Praxis bezüglich Applikationsart, -menge und -zeitpunkt. In späteren Jahren setzte man einen speziellen Injektor ein, der sich zuvor in der Reblausbekämpfung bewährt hatte (Abb. 1). Die Bekämpfung sollte idealerweise im Winter bei Schneebedeckung erfolgen, da die Tiere dann weniger aktiv waren, sich auf wenige Baue verteilten und die genutzten Öffnungen gut zu erkennen waren. Zudem war in der nasskalten Jahreszeit die Feuergefahr des Schwefelkohlenstoffs deutlich geringer als bei warmem und trockenem Wetter (Appel und Jakobi, 1901, 1903). Die so gewonnenen Kenntnisse zur Bekämpfung von Kaninchen halfen Otto Appel in späteren Jahren auch bei der Entwicklung entsprechender Verfahren zur Bekämpfung von Feldmäusen (Appel, 1900, 1907a).

Abb. 1. Schwefelkohlenstoff-Injektor zur Bekämpfung bo­denbürtiger Schaderreger (z.B. Reblaus, Kanin­chen). Ölgemälde von Hans Pühringer, 1904 (mit freundlicher Genehmigung durch Dr. Reinhard Eder, Weinbauschule Klosterneuburg).

Seine wissenschaftlichen Arbeiten zur Gesunderhaltung der Kartoffel startete er dort, wo seiner Meinung nach die größten Verluste auftraten und wo am schnellsten mit Erfolgen zu rechnen war. So schreibt Appel im Jahr 1903: „Die erste Frage, welche ich in Angriff nahm, war daher die nach den Mitteln, welche es uns ermöglichen, gesund geerntete Kartoffeln so zu überwintern, dass sie ohne grössere Verluste bis zum Frühjahre zu erhalten sind. Ich stellte diese Frage voran, weil fast ebenso lange, wie über Kartoffelkrankheiten gearbeitet wird, die Erkenntniss Platz gegriffen hat, dass trockene und luftige Aufbewahrung die Gesunderhaltung der Kartoffeln befördere, Niemand aber auf experimentellem Wege gezeigt hatte, welche Mittel uns zur Verfügung stehen, um diese Forderung durchzuführen“ (Appel, 1903b). Weiterhin führte Otto Appel aus: „Eine umfassende, auf vergleichenden Versuchen beruhende Arbeit über den Bau der Kartoffelmiethen liegt bisher noch nicht vor“ (Appel, 1902a). Otto Appel hatte sein Thema gefunden.

Bereits im Jahre 1899 begann Appel auf dem Versuchsfeld in Dahlem mit seinen Versuchen zur Einlagerung von Kartoffeln. Er legte 14 Mieten mit jeweils 200 kg Kartoffeln an. Die Mieten unterschieden sich in der Tiefe der Mietensohle, Art der Durchlüftung, Zusammensetzung der Abdeckungsmaterialien und der Dicke der Abdeckung. Der Temperaturverlauf in der Miete wurde morgens, mittags und abends gemessen. Bei Auslagerung wurde das Keimverhalten ermittelt und der Befall mit Schad­erregern erfasst. Parallel wurden entsprechende Ver­suche auf dem Praxisbetrieb Gut Blumberg im Kreis Nieder-Barnim nord­östlich von Berlin durchgeführt (Appel, 1902a).

Aus diesen, über mehrere Jahre durchgeführten Ver­suchen, leitete Appel folgende Empfehlungen für das Einmieten der Kartoffel ab: 1) die Miete sollte nicht in einer Senke liegen, damit sie nicht vom Grundwasser erreicht werden kann, 2) beim Boden ist zu beachten, dass sehr leichter Boden mehr frostdurchlässig, sehr schwerer Boden oft wasserhaltiger ist, 3) ist die Miete scharfen Winden ausgesetzt, muss die windzugewandte Seite stärker abgedeckt werden, um Forst zu vermeiden, 4) das einzulagernde Material sollte möglichst frei von verletzten und kranken Knollen sein, 5) die Sohlenbreite sollte maximal 1,5 m betragen, da bei breiteren Mieten die Temperatur zu langsam sinkt und 6) nach Einlagerung sollte die Miete zunächst mit 15 cm Stroh und 10 cm Erde abgedeckt werden und bei weiter abnehmender Temperatur im Herbst dann zusätzlich mit einer 2. Decke bestehend aus 15 cm Stroh/Kartoffelkraut und 15 cm Erde und gegebenenfalls einer 3. Decke (Appel, 1902a,b). Je trockener, luftdurchlässiger und kühler (nicht jedoch < 2°C) die Lagerung erfolgt, umso besser überstehen die Knollen die Lagerung. Ganz entscheidend ist, dass die Decke über die Mietensohle hinausragt und Niederschläge sicher in die Umgebung abgeleitet werden (Abb. 2).

Abb. 2. Links: „Die Decken ragen in die Vertiefung hinein, dadurch kann Wasser, das von ihnen abläuft, sich auf der Miethensohle sam­meln“. Rechts: „Die Decken greifen voll­ständig über den Rand der Miethenvertiefung über, sodass ein Ein­dringen von Wasser in die Miethe ausgeschlos­sen ist“ (Appel, 1902b).

Für Otto Appel war dies der Erreger der Knollennassfäule, der regelmäßig im Sommer die Schwarzbeinigkeit hervorrief. Hierzu schrieb er: „Es ist dies ein Spaltpilz, dessen Thätigkeit oft ganze Miethen zerstört und der im Sommer die unter dem Namen „Schwarzbeinigkeit“ bekannte Erkrankung der Kartoffelstengel hervorruft“ (Appel, 1903b). Dass ein und derselbe Schaderreger zwei so unterschiedliche Symptome wie Knollennassfäule und Schwarzbeinigkeit hervorruft, war in der damaligen Zeit schwer vorstellbar. Doch Otto Appel erbrachte den Beweis hierfür. Er ließ sich aus ganz Deutschland befallenes Stängel- und Knollenmaterial zuschicken. Von diesem Pflanzenmaterial isolierte er den Schaderreger und brachte ihn in Reinkultur. Hierzu verfolgte er zwei Vorgehens­weisen. Einerseits entnahm er krankes Knollengewebe und übertrug es auf gesunde Knollen, zum anderen überimpfte er krankes Gewebe auf Gelatineplatten. Beide Verfahren wiederholte er so lange, bis eine reine, in beiden Fällen identische, Bakterienkultur übrig blieb, die sich auf rohen Kartoffeln als pathogen erwies (Appel, 1903b). Mit diesen Isolaten führte er Übertragungsversuche durch. Die Ergebnisse waren eindeutig, Knollennassfäule und Schwarzbeinigkeit wurden durch ein und denselben Erreger verursacht (Abb. 3). Allerdings war dieser Erreger hinsichtlich seiner chemisch-biologischen Eigenschaften sehr variabel. Hinzu kam, dass nicht alle Isolate der Knollennassfäule auch Schwarzbeinigkeit verursachten, wohl aber das Kartoffelkraut befielen (Appel, 1903b).

Abb. 3. Links: Schwarzbeinig­keit der Kartoffel er­zeugt durch Impfung mit Bacillus phytopht­horus Appel, Versuchs­feld Berlin-Dahlem 1902 (Foto: Manfred Gräfe und Djavad Taghizadhe, Stadtmuse­um Berlin). Rechts: Schwarz­beinigkeit der Kartoffel. Gezeichnet von August Dressel. Entnommen aus Appel, 1926a.

Den Erreger der Knollennassfäule und Schwarzbeinigkeit nannte Appel bereits 1901 Bacillus phytophthorus. 1902 folgte eine erste Erwähnung des Erregers (Appel, 1902c) und 1903 eine ausführliche Beschreibung: „Der Bacillus phytophthorus ist ein ziemlich dickes, nach den gewöhnlichen Methoden leicht, nach Gram nicht färb­bares Stäbchen, das gefärbt eine Breite von durchschnittlich 0,8 μ besitzt. Die Länge ist sehr verschieden; in faulenden Kartoffeln und ebenso in dem erkrankten Gewebe der Pflanze tritt er vorwiegend als ganz kurzes Stäbchen von einer ungefähren Länge von 1,2–1,5 μ auf. ….Die Beweglichkeit ist besonders in jungen Kulturen eine ausserordentlich grosse“ (Appel, 1903b). Insgesamt reichte die Beschreibung von B. phytophthorus jedoch nicht aus, um eine eindeutige Differenzierung von anderen Bakterien zu ermöglichen, so dass der Artname nicht anerkannt wurde und heute als Bacillus phytophthorus Appel 1902 nomen nudum (= „nackter Name“) dasteht. Die wissenschaftliche Erstbeschreibung des Erregers der Knollennassfäule und Schwarzbeinigkeit erfolgte übrigens nahezu zeitgleich durch Jones als Bacillus carotovorus an Möhre. Der heutige Name lautet Pectobacterium carotovorum (Jones, 1901) Waldee 1945 (syn. Erwinia carotovora subsp. atroseptica).

Überaus akribisch waren die Untersuchungen von Otto Appel zur Biologie des Schaderregers sowie zu Wirtspflanzenkreis, Schadwirkung und Verbreitung in Deutschland (Appel, 1903b). Otto Appel stellte fest, dass sich im Falle der Schwarzbeinigkeit der Schaderreger überwiegend zwischen den Pflanzenzellen im Parenchymgewebe ausbreitet. In Folge eines Befalls kam es zu einer Lockerung des Zellverbands, nicht aber zu einer Auflösung der Zellwände wie bei anderen bakteriellen Schaderregern, so dass die Stängel auch nach dem Absterben des Krautes noch als solche bestehen blieben. Die Infektion ging immer von einer befallenen Knolle aus. Mehrmaliges Sprühen des Krautes mit einer Bakteriensuspension führte dagegen nicht zur Infektion.

Im Falle der Knollennassfäule beobachtete Appel, dass es bei künstlich hervorgerufener Wundinfektion bereits in wenigen Stunden zu einem Erweichen des Kartoffel­gewebes kam. Die Bakterien besiedelten den Interzellularraum, zerstörten die Mittellamellen und führten damit zu einem Zerfall des Kartoffelgewebes. Bei mäßig feuchter Erde und 12–14°C waren die Kartoffeln innerhalb von 8 Tagen komplett zersetzt (Appel, 1903b).

Auf dem Versuchsfeld in Berlin-Dahlem führte Otto Appel umfangreiche Feldversuche zur Übertragung des Schaderregers durch (Appel, 1903b). Jeweils 256 gesunde Kartoffelknollen der Sorten ‚Weisse Rose‘ und ‚Dabersche‘ wurden jeweils zur Hälfte verwundet, mit einer Bakteriensuspension beimpft, 3 Tage in einer Feuchtekammer gehalten und danach ins Feld gepflanzt. Zum Zeitpunkt der Ernte betrug der Ausfall durch Nicht-Auflaufen und Erkrankung an Schwarzbeinigkeit bei zuvor infiziertem Pflanzgut der Sorte ‚Weisse Rose‘ 62,11%, bei nicht infizierten Knollen dagegen nur 4,29%. Ein ganz anderes Bild zeigte sich bei der Sorte ‚Dabersche‘. Hier betrug der Ausfall bei zuvor infiziertem Pflanzgut gerade einmal 9,4%. Obwohl nachweislich bei ‚Dabersche‘ eine Knolleninfektion in der Feuchtekammer erfolgte, kam es nach Pflanzung in den recht trockenen Boden zu einer raschen Wundheilung und damit Unterdrückung des Schaderregers. Für Otto Appel zeigten diese Unter­suchungen sehr eindrucksvoll, wie wichtig die Sortenwahl bei der Bekämpfung der Schwarzbeinigkeit ist und wie bedeutsam damit die Resistenzzüchtung für die Bekämpfung von Schaderregern sein kann. Im Allgemeinen, so die Beobachtung Otto Appels, waren die dickschaligen, stärkereicheren, späteren Sorten resistenter als die dünnschaligen, stärkeärmeren frühen Sorten.

In weiterführenden Feldversuchen wies Otto Appel nach, dass auch eine Infektion der Kartoffelpflanzen über den Boden möglich ist. Somit empfahl er, auf belasteten Flächen keinen mehrjährigen Anbau von Kartoffeln durchzuführen, um so eine Anreicherung des Schaderregers im Boden zu vermeiden (Appel, 1903b). Bei der Infektion der Pflanze sind Wunden von ganz entscheidender Bedeutung, sei es als feine Risse in der Schale oder hervorgerufen durch tierische Schaderreger. Wurde Pflanz­knollen nach künstlicher Verwundung ausreichend Zeit zur Wundheilung gegeben, waren diese jedoch kaum befallen.

Otto Appel fasste die Ergebnisse seiner Forschungs­arbeiten zu P. phytophthorus im Flugblatt Nr. 28 „Die Schwarzbeinigkeit und die Bakterien-Knollenfäule der Kartoffel“ wie folgt zusammen:

Abb. 4. Von Otto Appel ange­fertigte Nasspräparate von Kartoffelknollen mit pilzlichen Sympto­men. Von links nach rechts: Absterben der Wurzelkeime durch Rhizoctonia solani, Sil­berschorf durch Spon­dylocladium atrovirens (= Helminthosporium solani), Trockenfäule durch Fusarium spp., Kartoffelmumien durch Fusarium spp. (Fotos: Manfred Gräfe und Dja­vad Taghizadhe, Stadt­museum Berlin).

Abb. 5. „Gegensätze zwischen anormal und normal geformten Makrokonidien. A. Fusarium metachroum. Junge Konidien als Hungerformen bei Kultur in Wasser unter Deckglas (48 Stunden lang) an kurzen Sterigmen abgeschnürt, die den stark gequollenen Zellhüllen aufsitzen. B. Fusarium spec, das als Konidienform von einer Kakao-Nectria de Jonge der Kaiserl. Biol. Anstalt von der Zentralstelle für Pilzkulturen in Amster­dam übersandt worden ist. In jeder Zelle der für die Art kleinen Konidie befindet sich ein Zellkern (n), außer in der durch Druck zerstörten, deren Membran infolge Heraustretens des Zellinhalts etwas einge­schnürt erscheint. C. F. orthoceras. 1. Triseptate ungequollen, 2. gequollen im Wasser unter Deckglas. D. F. willkommii. 1. Durch wasserentziehende Mittel kontrahierte Hülle, aus der die Septen ringartig vor­treten. Der Zellinhalt ist plasmolysiert und vacuolig. 2. Verzögerte Keimung mit bauchiger Aufquellung der vacuoligen Zellen nach 3 Tagen Aufenthalt unter Deckglas. 3. Normale Konidie, deren Zellkerne (n) als äußerst mattglänzende Scheiben, je eine in einer Zelle, ohne Einwirkung von Färbemitteln zu sehen sind durch den sehr feinkörnigen fast homogen erscheinen den Wandbelag hindurch. E. 1—13. F. rostra­tum n. n., die Konidienform von Gibberella saubinetii (vgl. Teil VII des allgemeinen Teiles). 1. Verzö­gerte Keimung in einer feuchten Jungkultur mit starker Aufquellung der vacuoligen Zellen der anormal verlängerten Konidie. 2. Plasmolysierte Zellen einer Konidie ohne starke Quellung. 3—7, 11—13 normal geformte Konidien, Quinqueseptaten sind normal herrschend, Tri- und Quattuorseptaten seltener gefun­den. 8. Anormale Form. 9. Anormal hohe ungleichmäßig verteilte Septierung, bei einer normal gestalte­ten Konidie. 10. Trockenstadium der Normalkonidie mit ringartig vortretenden Septen. F. F. rubiginosum. 1. Quinqueseptate mit großkörnigem Belag der Wand ringsum jede Zelle und großen Va­cuolen im Innern. 2. Zwei der sonst hyalinen stark vacuolisierten Zellen (die dunklen) sind karminrot und offenbar geschädigt, da sie Anzeichen beginnender Plasmolyse verraten. 3. Sehr dicke Quinqueseptate einer Kultur auf gekochter Knolle, wo die Ausbildung oft nicht so charakteristisch ist, wenn auch nicht immer anormal. G. F. solani. Form normal; mit großen und kleinen Vacuolen, deren Rand stark lichtbre­chend ist. Septen sind nicht vorhanden. Aus 4 Monate alter feuchter Kultur auf gekochter Knolle“ (Appel und Wollenweber, 1910).

Hier galt es Abhilfe zu schaffen. „Den äußeren Anlaß zur Inangriffnahme der Frage gab das außerordentliche Auftreten von Fusarienkrankheiten im Sommer 1905“ (Appel, 1907b). Aus ganz Deutschland trafen Berichte zum Auftreten von Fusarien an verschiedensten Kulturen bei Otto Appel ein, begleitet von zahlreichen Einsendungen befallener Pflanzen. Besonders betroffen waren die Leguminosen, allen voran die Erbse, so dass sich der Doktorand Georg Schikorra unter Anleitung von Otto Appel dieser Thematik annahm (Schikorra, 1907). Schikorra stellte Reinkulturen der Fusarien her, führte Rückübertragungsversuche an Erbse durch und konnte so die Pathogenität der Fusarien belegen. Mit Hilfe standardisierter Nährmedien beschrieb er die Form und Farbe des Luftmyzels, sowie das zeitliche Auftreten von Mikrokonidien, Makrokonidien und Chlamydosporen. Dabei variierte er sowohl die Zusammensetzung der Nährmedien (z.B. saure Kartoffelsaft-Gelatine, alkalisches Kartoffelsaft-Pepton-Agar) als auch Temperatur und Feuchte und untersuchte die Fähigkeit der Pilze zum Abbau von Rohrzucker und Cellulose. Otto Appel und sein Mitarbeiter Hans Wilhelm Wollenweber dehnten diese Arbeiten auf weitere Fusarium-Arten aus. Zusammen gelang es ihnen „…nachzuweisen, daß die Fusarien durchaus nicht so variabel sind, wie man bisher annahm, und das es sehr wohl möglich ist, die einzelnen Arten genügend zu unterscheiden, ohne auf das durchaus unsichere Merkmal des Substrats besonderes Gewicht zu legen. Dieses Ergebnis gründet sich im wesentlichen auf die Herausarbeitung bis jetzt völlig vernachlässigter Merkmale, wie Art der Krümmung, Konstanz der Septierung, Ausgestaltung von Fuß- und Scheitelzellen der Konidien u.a.m. Dabei war die künstliche Kultur von besonderer Bedeutung, ja, man kann sogar sagen, das erst die Auffindung von Nähr­böden, mit denen sich bewußt bestimmte Wachstumserscheinungen hervorrufen lassen, die Durchführung der Arbeit ermöglichten“ (Appel und Wollenweber, 1910).

Bei der Suche nach geeigneten Nährmedien für die Differenzierung eines möglichst breiten Spektrums unterschiedlicher Fusarien testeten Appel und Wollenweber (1910) unter anderem Stängel von Kartoffel (alte aus­gereifte Stängel), Erbse, Apfel (zweijährige Triebe), Roggen (Stroh), Lupine, Dicke Bohne (Vicia faba), Früchte von Apfel, Birne, Melone, Banane, Knollen von Kartoffel, Wurzeln von Möhre, Samen von Roggen und Blätter von Erbsen, Kartoffeln und Apfel. Auch künstliche Medien basierend auf Nährsalzen und definierten Kohlenhydrat- und Proteinquellen wurden untersucht. Als besonders geeignet erwiesen sich: 1) Nährmedium No. 42 bestehend aus 1000 ml Wasser, 20 g Ammoniumnitrat, 10 g Dikaliumphosphat, 5 g Magnesiumsulphat, 100 g Traubenzucker, 10 g Agar und 2) Nährmedium No. 46 „Kartoffelsaftagar“ bestehend aus 1000 ml Kartoffelsaft, 100 g Traubenzucker, 10 g Zitronensäure und 15 g Agar (Abb. 6).

Abb. 6. Darstellung einiger Fu­sarien vier Wochen nach Kultur auf Agar No. 42 (3a und 8a) bzw. Agar No. 46 (restliche Abbildungen). 1. Fusa­rium solani, 2. F. orthoceras, 3a. F. subu­latum auf Agar No. 42 mit orangefarbigem Ko­nidienschleim auf hel­lem Luftmycelthallus, 3b. F. subultum auf Agar No. 46 mit dunkel­rotem Thallus, von der Unterseite gesehen, 4. F. willkommii, 5. F. subulatum, Jugendstadi­um der Kultur in Fig. 3b, 6. F. coeruleum, 7. F. discolor, 8a. F. me­tachroum auf Agar No. 42 mit orangefarbigen Konidien, 8b. F. meta­chroum auf Agar No. 46 mit dunkelrotem unter­­getauchten Thallus, 9. F. auf dem faltig aufge­worfenen ockerfarbi­gen Thallus erscheinen die feinpulverig zer­streut lagernden Konidien in etwas dunk­lerer Farbe“ (Appel und Wollenweber, 1910).

Auf diesen standardisierten Nährmedien kultivierten Appel und Wollenweber die ihnen vorliegenden Fusa­rien, beschrieben deren Eigenschaften und sortierten sie neu zu. Viele Isolate konnten keiner der bisher bekannten Beschreibungen zugeordnet werden und mussten neu beschrieben werden (Tab. 1), nun versehen mit detaillierten Angaben zur Morphologie, Biologie und deren biochemischen Reaktionen. Hans Wilhelm Wollenweber fertigte auf geradezu künstlerischer Art Zeichnungen der verschiedenen Arten an (Abb. 7). Nach 3 Jahren inten­siver Fleißarbeit veröffentlichten Appel und Wollenweber die Ergebnisse ihrer Arbeit in dem Standardwerk „Grundlagen einer Monographie der Gattungen Fusarium (Link)“ (Appel und Wollenweber, 1910). Die wichtigsten Ergebnisse fassten sie wie folgt zusammen:

Abb. 7. Konidienträger, Konidien und Chlamydosporien von Fusa­rium coeruleum bei unterschiedlichem Alter (Appel und Wollenweber, 1910).

Neben zahlreichen Fusarien beschrieb Otto Appel im Laufe der Jahre auch weitere phytopathogene Pilze (Tab. 1), darunter Arten von Kulturen aus den damaligen deutschen Kolonien Kamerun und Samoa, allen voran von Kakao (Appel und Strunk, 1904; Appel und Laubert, 1906). In Würdigung der taxonomischen Arbeiten Otto Appels hat sein ehemaliger Mitarbeiter Gustav Gaßner einen phytopathogenen Vertreter der Rostpilze, der an Passionsblume Gallbildung auf Sprossachsen, Blattstielen und Blättern verursacht, nach ihm benannt: Uromyces appelianus (Gaßner, 1922).

Otto Appel und seine Mitarbeiter untersuchten verschiedenste Verfahren, die sich aber überwiegend als unwirksam oder nicht praktikabel erwiesen (Appel und Gaßner, 1907a). So war zum Beispiel das Entfernen der Brandpflanzen aus den Beständen vielleicht noch in Zuchtgärten möglich, nicht aber bei großflächigem Anbau. Die Vermutung, dass in mehrjährig gelagertem Saatgut das pilzliche Myzel möglicherweise so geschwächt ist, dass es nach Aussaat nicht mehr zu einer Infektion fähig ist, erwies sich als nicht haltbar. Auch zeigten sich keine Unterschiede in der Anfälligkeit zwischen großen und kleinen Körnern. Eine Erzeugung brandfreien Saatgutes war in der Praxis nicht möglich, da die Voraussetzungen, Vermehrungsfläche plus Nachbarflächen sind absolut frei von Flugbrand, nicht gegeben waren. Einzig der Einsatz wenig anfälliger Sorten erwies sich als ein vielversprechender Bekämpfungsansatz. Es zeigte sich in der Praxis, dass Sorten mit kurzer Blühphase bzw. wenig geöffneten Blüten kaum befallen wurden (Appel und Riehm, 1911a,b). Durch Züchtung entsprechender Sorten könnte somit der Befallsdruck reduziert werden. Dieser Ansatz ist aber langfristig ausgerichtet, wohingegen Otto Appel nach einer sofortigen Lösung suchte. Bei seinen Literatur­recherchen stieß Appel auf eine bis dahin kaum beachtete dänische Arbeit von Jensen aus dem Jahr 1891. In dieser Arbeit empfahl Jensen zur Bekämpfung des Gerstenflugbrandes, das Saatgut 4 Stunden in kaltem Wasser ein­zuweichen, es dann weitere 6 Stunden in einem feuchten Sack stehen zu lassen, um es dann für 5 Minuten in 52,5°C warmes Wasser zu tauchen und abschließend zu trocknen. So behandeltes Saatgut war nach Jensen nahezu frei von Flugbrand (Jensen, 1891).

An dieses Verfahren knüpfte Otto Appel an. Die entscheidende Frage für ihn war, wie überführt man den Flugbranderreger in ein empfindliches Stadium, so dass er bekämpft werden kann, ohne gleichzeitig den Embryo des Getreides zu schädigen. Ausgehend von der Ver­mutung, dass keimende Sporen bzw. Samen gegenüber äußeren Einflüssen empfindlicher reagieren als ruhende Sporen bzw. Samen, galt es nun herauszufinden, welche äußeren Bedingungen die Sporen in ein empfindliches Stadium bringen, nicht aber den Samen. Otto Appel untersuchte im Detail die Biologie des Flugbranderregers, insbesondere bei welcher Temperatur bzw. Kornfeuchte und in welcher Zeit er keimte, sowie bei welcher Temperatur er sich sicher abtöten ließ. Weiterhin untersuchte er Dauer und Temperatur der Vorquellzeit, die erforderliche Kornfeuchte sowie Temperatur und Einwirkungszeit einer Heißwasserbehandlung (Appel und Gaßner, 1907b). Aus den Ergebnisse seiner Untersuchungen leitete Otto Appel folgende Empfehlung für eine Heißwasserbehandlung zur Bekämpfung des Gersten- und Weizenflugbrandes ab: 1) Aktivierung des pilzlichen Myzels durch Vorquellen des Saatgutes für 4 Stunden in 27°C warmem Wasser, 2) Abtöten des Myzels durch eine Heißwasserbehandlung von 5 Minuten in 52°C warmem Wasser, 3) Trocknen des Saatgutes. Entscheidend für eine erfolgreiche Behandlung ist, dass das Getreide vor der Heißwasser­behandlung mindestens 20% Wasser aufgenommen hat und dass die zuvor genannten Bedingungen genauestens eingehalten wurden (Appel und Gaßner, 1906, 1907a).

„Zu diesem Versuche wurden zwei Hühner und eine Taube herangezogen. Als Futter wurde ein gemischtes Körnerfutter gereicht, dem für Tag und Kopf je 5 g Steinbrandsporen zugesetzt worden war. Während die Hühner dieses Futter ohne weiteres annahmen, verweigerte es die Taube zunächst. Um sie daran zu gewöhnen, erhielt sie zuerst Erbsen, die vom Erbsenkäfer angebohrt waren und deren Hohlräume mit einer aus Sporen und etwas Brot zusammengekneteten Masse ausgefüllt waren. Diese Erbsen nahm auch die Taube an und schon nach zwei Tagen verweigerte sie auch das gewöhnliche Körner­futter, das eingeweicht und mit Brandsporen vermischt war, nicht mehr. Die Fütterung dauerte nunmehr für alle 3 Tiere 14 Tage, so daß jedes einzelne insgesamt 70 g Steinbrandsporen erhielt. Der abgegebene Kot war während dieser Zeit völlig schwarz und bestand fast ausschließlich aus Sporen“ (Appel und Koske, 1907). Fünf Tage nach Abschluss des Versuchs wurden die Tiere getötet und obduziert. Bei keinem der Tiere zeigten sich Veränderungen an den Schleimhäuten von Kropf, Drü­sen- und Muskelmagen und Darm sowie an Milz und Leber. Ebenso wenig wurden an den mit Schweinen durchgeführten Versuchen Veränderungen im Magen-Darm-Trakt bzw. in Lunge, Milz, Leber und Nieren gefunden. Appel und Koske (1907) schließen daraus, dass im Falle einer ungünstigen Futterwirkung der Nachweis von Brandsporen nicht als Erklärung für eine mögliche Schädlichkeit des Futters ausreicht.

Bei den Versuchen mit trocken- und nassfaulen Kartoffeln wurde bei Schweinen und Rindern teils kurzfristig Mattigkeit und Durchfall beobachtet, wobei diese Symptome rasch wieder verschwanden. Krankheitserscheinungen traten nicht auf, wohl aber war die Gewichts­zunahme der behandelten Tiere etwas geringer als bei den Kontrolltieren. Hinzu kam, dass bei den behandelten Schweinen das gebildete Fett weniger fest und kernig war. Demgegenüber waren Aussehen und Geschmack des Fleisches weder bei Schweinen noch bei Rindern beeinträchtigt (Appel und Koske, 1907).

Seine wissenschaftlichen wie auch organisatorischen Kenntnisse im Pflanzenschutz brachte er nunmehr in zahlreichen Übersichtsarbeiten, Buchkapiteln und Monographien ein. Er beschäftigte sich mit dem Pflanzenschutz im Unterricht, in Wissenschaft und Praxis (Appel, 1923, 1932a) sowie der Ausbildung technischer Assistenten im Pflanzenschutz (Appel, 1941); mit der Erntesicherung als einer nationalen Notwendigkeit (Appel, 1933a), der Auswirkung der Schädlingsbekämpfung auf die Ernährungssicherheit (Appel, 1932b) sowie Maßnahmen zur Steigerung und Verbilligung der landwirtschaftlichen Produktion (Appel, 1932c). Immer wieder verwies er auf die enormen Möglichkeiten der Resistenzzüchtung für den modernen Pflanzenschutz (Appel, 1915a, 1927a, b, c, 1930). Darüber hinaus war er unter anderem „Mitherausgeber von Sorauers ‚Handbuch der Pflanzenkrank­heiten‘, von Knuths ‚Handbuch der Blütenbiologie‘, von Hager-Toblers ‚Das Mikroskop‘, der ‚Deutschen Landwirtschaftlichen Rundschau‘, der ‚Phytopathologischen Zeitschrift‘ und der Zeitschrift ‚Der Biologe‘“ (Klinkowski, 1953). Auf großes Interesse in der Praxis stießen die von Appel herausgegebenen ‚Taschenatlanten‘, die sich schnell zu Standardwerken für die wichtigsten Krankheiten und Schädlinge der Kulturpflanzen und deren Bekämpfung entwickelten (Appel, 1925, 1926a, b, 1928a, b, 1929a, b, 1931, 1933b, 1934, 1944).

Otto Appel hat mit Weitsicht und Tatendrang die phytomedzinischen Herausforderungen seiner Zeit angenommen, hat Lösungen erarbeitet und den Pflanzenschutz in vielen Bereichen geradezu revolutioniert. Sein Wirken für den Pflanzenschutz hat ihn weit über die Grenzen bekannt gemacht und so zählt er heute zu Recht zu den großen Phytopathologen der ersten Hälfte des 20-igsten Jahrhunderts.