Resistance induction in the pathosystem tomato - Alternaria solani

Abstract

The objective of this work was to study the pathosystem tomato - Alternaria solani with regard to several new plant protection strategies. Agents and symbionts were tested alone and in combinations to find environmentally friendly but effective methods of early blight control. The included agents and symbionts were: (i) systemic acquired resistance, induced by ASM; (ii) plant restorative Spirulina platensis; (iii) growth-promoting fungus Piriformospora indica; (iv) symbiotic arbuscular mycorrhizal fungi; and (v) minimum quantities of the chemical fungicide Maneb. Interaction between ASM and Maneb, as well as between Piriformospora and Alternaria, were studied in vitro on artificial medium. A new method to induce sporulation of Alternaria on axcenic medium has been developed, which is easily integrated into the normal process of cultivation as it requires only a switch of medium. Spirulina platensis, which is suspected to have plant restorative potential, has no diminishing activity on early blight disease. In tomato cultures, therefore, Spirulina platensis should not be used as plant restorative. Application of ASM via spraying reduced the susceptibility to early blight in some instances but increased it in others. This inconsistency may be explained by the duality of ASM toxicity, which harms on one hand the fungus (fungitoxicity) and on the other the host (phytotoxicity). In sprayed form both effects can occur in parallel with unpredictable outcome. A successfully established SAR, which is assumed to benefit necrotrophic pathogens as Alternaria may be a third contributing factor. The interaction between ASM and Maneb depends substantially on the particular Alternaria isolate as different isolates seem to have different levels of resistance against the two agents, resulting in synergistic, additive or antagonistic modes of interaction. Piriformospora indica has a measurable growth-promoting effect on tomato plants, which is different for the different tomato cultivars. Piriformospora seems to have - in addition to its growth-enhancing effect - protective potential against Alternaria infections. The mode of action of this ability to reduce the plant matter losses is yet unclear. Arbuscular mycorrhizal fungi are an effective bioprotectant against Alternaria in tomato. It has been demonstrated that mycorrhizal tomatoes have a significantly lower level of disease severity than non-mycorrhizal plants. The mechanism seems to be similar to ISR, which is also induced by associated organisms in the roots and effective against necrotrophic pathogens. It is well-known that P surplus hinders an optimal colonisation of host roots by AMF. Therefore, a restricted P supply is adventageous if the mycorrhizal protection method is exploited against Alternaria infection. Since mycorrhiza itself ensures a sufficient P availability for the host plant, no P deficiency will occur. Die Zielsetzung war die Untersuchung des Pathosystems Tomate - Alternaria solani und die Entwicklung einer Pflanzenschutzstrategie, die verschiedenste Ansätze beinhaltet. Die Wirkstoffe und Symbionten wurden sowohl allein als auch in Kombinationen getestet, um eine umweltfreundliche aber auch effektive Methode zur Dürrfleckenkrankheitskontrolle zu finden. Die untersuchten Wirkstoffe und Symbionten umfassten: (i) systemische induzierte Resistenz (ISR), induziert durch den Wirkstoff ASM des Pflanzenaktivators BION®; (ii) Cyanobakterium Spirulina platensis als Pflanzenstärkungsmittel; (iii) Pflanzenwachstum-steigernder Pilz Piriformospora indica; (iv) symbiotische arbuskuläre Mykorrhizapilze (AMF) und (v) minimale Mengen chemischer Fungizide. Interaktionen zwischen ASM und MANEB, sowie zwischen Piriformospora und Alternaria, wurden in vitro untersucht. Die Sporulation von verschiedenen Alternaria-Isolaten auf künstlichem Nährboden konnte durch eine neue, zeitsparende Methode angeregt werden, bei der nur zwei Wechsel des Nährbodens erforderlich sind. Spirulina platensis, das Potential als Pflanzenstärkungsmittel haben soll, hat keinen reduzierenden Effekt auf die Alternaria-Infektion. In Tomatenkulturen sollte Spirulina platensis daher nicht zur Pflanzenstärkung eingesetzt werden. Applikation von ASM als Spray reduzierte die Anfälligkeit der Tomatenpflanzen gegen Alternaria in einigen Fällen, und erhöhte sie in anderen. Diese Inkonsistenz könnte durch die zweifache toxische Wirkung von ASM erklärt werden: auf der einen Seite wird der Pilz geschädigt (Fungitoxizität) und auf der anderen die Wirtspflanze (Phytotoxizität). Bei der Anwendung von ASM als Spray können beide Effekte mit unvorhersehbarem Ausgang auftreten. Ein dritter Faktor könnte das erfolgreiche Induzieren von SAR sein, von der angenommen wird, dass sie nekrotrophe Pathogene bei der Besiedlung des Wirtes begünstigt. Die Art der Interaktion zwischen ASM und Maneb hängt vom bestimmten Alternaria-Isolate ab, da die verschiedenen Isolate unterschiedliche Resistenzlevel gegenüber den beiden Mitteln zu haben scheinen, was sich in synergistischen, additiven und auch antagonsitischen Interaktionen widerspiegelt. Der symbiotische Wurzelendophyt Piriformospora indica hat einen messbaren wachstumsanregenden Effekt auf Tomatenpflanzen, welcher je nach verwendeter Tomatensorte variiert. Zusätzlich zum wachstumssteigernden Effekt scheint Piriformospora auch in planta eine protektive Wirkung gegen Alternaria-Infektionen zu haben, wobei die genaue Wirkungsweise aber noch unklar ist. Arbuskuläre Mykorrhizapilze sind effektive Bioschutzmittel gegen die Dürrfleckenkrankheit in Tomaten. Es wurde bewiesen, dass mykorrhizierte Tomaten ein signifikant geringeres Ausmaß an Alternaria-Infektion aufweisen als nicht-mykorrizierte Pflanzen. Der zugrundeliegende Mechanismus scheint dem der ISR zu ähneln, welche auch durch assoziierte Organismen an den Wurzeln induziert wird und gegen nekrotrophe Pathogene wirksam ist. Es ist bekannt, dass ein Überangebot von Phosphat die optimale Kolonisation der Wirtswurzeln mit AMF verhindert. Daher ist eine eingeschränkte Versorgung mit Phosphat vorteilhaft, wenn der Einsatz von Mykorrhizapilze als Pflanzenschutzmethode gegen Alternaria ausgenutzt werden soll. Dabei wird trotzdem kein Phosphatmangel auftreten, da die Mykorrhiza eine ausreichende Phosphatversorgung der Pflanzen garantiert.