Entwicklung eines in vitro-Testsystems für den Knospenaustrieb bei Kern- und Steinobst

Inhaltsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Zusammenfassung

Einleitung

Material und Methoden
Versuche mit Apfelknospen
Versuche mit Aprikosenknospen

Ergebnisse
Versuche mit Apfelknospen
Versuche mit Aprikosenknospen

Diskussion
Apfelversuche
Einfluss des Schnitttermins
Einfluss der Lagerdauer
Bewertung der Methode
Empfehlung für einen Austriebstest mit Apfelknospen

Aprikosenversuche
Einfluss der ABA-Behandlung
Bewertung der Methode
Empfehlung für einen Austriebstest mit Aprikosenknospen

Schlussfolgerung

Literatur

Danksagung

Anhang

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Versuchsübersicht

Tabelle 2 Steigungen und y-Achsenabschnitte der Regressionsgeraden von Apfel

Tabelle 3 Steigungen der Regressionsgeraden von Aprikose

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1 Versuchaufbau von Versuch 1.2 eine Woche nach Versuchsbeginn

Abb. 2 Knospe 4 von 40 Knospen aus Versuch 2.1

Abb. 3 Leuchtstoffröhren in der Phytokammer

Abb. 4 Aprikosenplantage

Abb. 5 Teilstücke von Aprikose 10 d nach Behandlung mit 10 ppm ABA

Abb. 6 Ganze Triebe von Aprikose 10 d nach Behandlung

Abb. 7 Zeitlicher Verlauf des Austriebs einzelner Apfelknospen

Abb. 8 Zeitlicher Verlauf des Austriebs von 10 gemittelten Apfelknospen

Abb. 9 Dauer bis zum Knospenaufbruch vegetativer Apfelknospen

Abb. 10 Dauer bis zum Erreichen von 20 % der maximal ausgetriebenen Blattfläche

Abb. 11 Austrieb vegetativer Apfelknospen 15 Tage nach Versuchsbeginn

Abb. 12 Austrieb vegetativer Apfelknospen 25 Tage nach Versuchsbeginn

Abb. 13 Mittelwerte der BBCH Knospenstadien von einzelnen Aprikosenknospen

Abb. 14 Mittelwerte der BBCH Knospenstadien von ganzen Aprikosentrieben

Zusammenfassung

Der Austrieb von Knospen im Frühjahr wird durch verschiedene externe und endogene Faktoren beeinflusst. Das Ziel dieser Arbeit war es ein in vitro -Testsystem für den Knospenaustrieb bei Kern- und Steinobst zu entwickeln. Gegenstand der Untersuchung war, ob der Austrieb von vegetativen Knospen an isolierten Einzelknospenexplantaten von Malus domestica Borkh cv. “Cox Orange” vom Schnitttermin und der Lagerdauer der geschnittenen Triebe abhängig ist. Der Schnitttermin (08.01.2008 oder 21.02.2008) hatte keinen eindeutigen Einfluss auf den Austrieb. Die Lagerung hatte einen Einfluss auf die Blattflächenentwicklung. Knospen, die für 70 Tage gelagert wurden, entwickelten bei +24 +/- 2 °C in 15 und 25 Tagen mehr Blattfläche als Knospen die nicht gelagert oder für 40 Tage gelagert wurden. Die Austriebsgeschwindigkeit der Knospen wurde durch die Lagerung nicht beeinflusst. Auf der Grundlage des an Apfel entwickelten Testsystems wurde untersucht, ob sich der Knospenaustrieb von Prunus armeniaca L. cv. “Bergeron“ durch eine einmalige Abscisinsäure(ABA)-Applikation kurz vor Beginn des Austriebs verzögern lässt. Der Austrieb wurde durch eine Behandlung mit 0, 10 oder 100 ppm ABA nicht beeinflusst, während eine Behandlung mit 1000 ppm ABA den Beginn des Austriebs um 15 +/- 2 Tage verzögerte. Ein in vitro -Testsystem für die Untersuchung des Knospenaustriebs für Kern- und Steinobst ist möglich, praxistauglich und mit einfachen Mitteln realisierbar.

Einleitung

Die kalte Jahreszeit in den temperaten Klimazonen bewirkt bei den Obstgehölzen eine Ruhepause, die als Dormanz bezeichnet wird. Die Dormanz stellt einen Schutzmechanismus dar, ohne den die Knospen durch die niedrigen Temperaturen im Winter Schaden nehmen würden. Während der Dormanz akkumulieren die Knospen Kälte. Die akkumulierte Kälte wird als Kältesumme bezeichnet. Die einfachste Methode, die Kältesumme zu bestimmen, ist die Summe an Stunden mit einer mittleren Temperatur im Bereich von 0-7 °C zu berechnen. In weiterentwickelten Modellen wird die unterschiedliche Wirksamkeit der Temperaturen im Bereich 0-7°C berücksichtigt. Die Kältesumme wird in Kälteeinheiten (chill units) angegeben. Je nach Sorte benötigen Apfelbäume zwischen 490 und 1320,5 Kältestunden (GHARIANI, STEBBINS 1994). Aprikosenbäume haben einen Kältebedarf von 596-1266 Kältestunden (RUIZ, CAMPOY, EGEA 2007). Unter- bzw. überschreiten die Temperaturen den Bereich von 0-7 °C pausiert die Kälteakkumulation bzw. erfolgt der Knospenaustrieb (SAMISH 1954). Während eine Pause der Kälteakkumulation für die Knospen auf Grund der tiefen Temperaturen eher unproblematisch ist, stellt das vorzeitige Aufbrechen der Knospen ein sehr grol3es Risiko dar. Aprikosen reagieren auf steigende Temperaturen unmittelbar mit Knospenaustrieb (BROWN 1960). Sollte auf diese steigenden Temperaturen Spätfrost folgen, kann es je nach Knospenstadium zu grol3en Schäden bis hin zu Ernteausfällen kommen. Wird das Obst hingegen in subtropischen Regionen angebaut, ist das Angebot an Kältestunden sehr gering. Es müssen somit Obstarten verwendet werden, die einen geringen Kältebedarf aufweisen und für subtropische Regionen geeignet sind (HAUAGGE, CUMMINS 1991a). Eine geringe Kälteakkumulation gilt auch für Anbaugebiete in den temperaten Zonen in Jahren mit milden Wintern. Der Wunsch der Obstbauern ist es also den Knospenaustrieb in der Art zu beeinflussen, dass sie ohne auf die Apfelsorte achten zu müssen, den Knospenaustrieb beschleunigen oder verzögern können. Auf der einen Seite bedeutet dies, dass wenn der Kältebedarf nicht gedeckt werden kann, möchte man den Knospenaustrieb ermöglichen bzw. synchronisieren. Auf der anderen Seite, dass bei Gefahr von Spätfrösten der Austrieb verzögert werden soll. Eine Möglichkeit Knospen zum Austrieb zu bewegen, ist die Behandlung mit Stoffen, die die Dormanz brechen. Eine Variante wäre die Behandlung der dormanten Knospen mit Knoblauchextrakt bei der Apfelsorte ‘Fuji Kiku‘ oder mit hydrogenisierten Cyanamiden und Mineralöl bei ‘Royal Gala‘ und ‘Fuji Kiku‘ (BOTELHO, MUELLER 2007). Eine Behandlung der Knospen mit dem Pflanzenbioregulator Thidiazuron führt zum Aufbrechen der Lateralknospen während der Dormanz (WANG, STEFFENS, FAUST 1985).

Eine Injektion von niedrigen Dosen Abscisinsäure (bis zu 100 µg) durch das enthauptete Ende von Aprikosenstecklingen führte zu einer Verzögerung des Blüte- und Blattknospenaustriebs nachdem die Endodormanz abgeschlossen war (Kaska, 1978). Eine Behandlung im BBCH Stadium 57 hatte auf die Blüte keinen Einfluss. Um die Knospen jedoch vor Frost zu schützen, werden heutzutage Frostschutzberegnungen durchgeführt, die jedoch Unmengen an Wasser benötigen. Alternative Möglichkeiten wie das Ausbringen von Stoffen, die den Knospenaustrieb verzögern, die Umwelt und den Menschen schonen, wären daher wünschenswert. In dieser Bachelorarbeit soll der Knospenaustrieb genauer untersucht werden.

Ziel dieser Arbeit war es ein in vitro-Testsystem für den Knospenaustrieb bei Kern- und Steinobst zu entwickeln. Gegenstand der Untersuchung war, ob der Schnitttermin, die Lagerung oder beide Faktoren einen Einfluss auf den Austrieb von Apfelknospen haben. Meine erste Hypothese lautet: Unterschiedliche Lagerungsdauer hat einen Einfluss auf das Auf der Grundlage des in den Apfelversuchen entwickelten in vitro -Testsystems wurde untersucht, ob sich der Knospenaustrieb von generativen Aprikosenknospen durch eine einmalige Abscisinsäure-Applikation verzögern lässt. Abscisinsäure (ABA) ist ein Phytohormon. Es wurde von Ohkuma (1963) entdeckt und Abscisin II genannt. Im gleichen Jahr wurde aus Bergahorn eine Substanz isoliert, die Knospen im Ruhezustand hielt; Dormin. Dormin entsprach Abscisin II, von nun an wurde von Abscisinsäure gesprochen. Abscisinsäure kommt in ruhenden Knospen in großer Menge vor, daher lautet meine zweite Hypothese: Eine einmalige Behandlung mit Abscisinsäure zu Versuchsbeginn verzögert den Austrieb von Aprikosenknospen.

Material und Methoden

Versuche mit Apfelknospen

Als Versuchsmaterial diente Malus domestica Borkh cv. ’Cox Orange’, veredelt auf die Unterlage ’M9’. Die Apfelbäume wurden im Jahr 1988 gepflanzt und befanden sich auf der Anbaufläche der Versuchsanstalt Ruthe bei Sarstedt (Niedersachsen).

Für die Untersuchung des Einflusses des Schnitttermins auf den Knospenaustrieb wurden an zwei Terminen, die sechs Wochen auseinander lagen, Langtriebe geschnitten. Die Berechnung der Schnitttermine erfolgte über die Kältesumme und Microsoft Excel, in dem für jeden stündlichen Klimawert der Messstation Ruthe für das Jahr 2007 und 2008 zwischen 0 und +7 °C der Wert 1 zugeordnet und am Ende der Tabelle aufsummiert wurde (Tabelle 1). Geschnitten wurden einjährige Langtriebe, welche bei ’Cox Orange’ überwiegend vegetative Knospen tragen. Die geschnittenen Triebe waren am basalen Ende mindestens 10 mm dick. Die Triebe wurden an randomisierten Positionen am Baum geschnitten. Damit der Einfluss der Lagerung auf den Knospenaustrieb untersucht werden konnte, wurden die Triebe entweder direkt für einen Versuch eingesetzt (Versuche 1.1 und 2.1) oder bis zum Versuchsbeginn bei +3 °C, in feuchte Papiertücher eingeschlagen und mit Frischhaltefolie umwickelt, gelagert.

Tabelle 1 Versuchsübersicht, gegliedert nach Lagerungsdauer und den akkumulierten Kältesummen je Versuch.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Um eine reproduzierbare Versuchsanordnung und vergleichbare Austriebsbedingungen für die untersuchten Knospen zu erhalten, wurden die Triebe in Einzelknospenexplantate geteilt. Das Präparieren der Explantete erfolgte im Labor unter Verwendung einer Gartenschere (Felco, Nr. 2). Je Versuch wurden fünf bis sieben Langtriebe in 40 Einzelknospenexplantate geschnitten. Die Explantate waren 50-70 mm lang und 5-10 mm dick. Zur Fixierung der Explantate dienten Styroporplatten, die vor Versuchsbeginn mit 40 Löchern vorgelocht wurden. In die Löcher wurde je ein Explantat gesteckt. Die mit den Explantaten bestückte Styroporplatte wurde in eine mit Leitungswasser gefüllte Plastikschale gelegt (Abb. 1). Anschließend wurde jede Schale mit dem Versuchsdatum zu Versuchsbeginn, der Versuchsnummer und der Anzahl der verwendeten Langtriebe beschriftet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1 Versuchaufbau von Versuch 1.2 etwa eine Woche nach Versuchsbeginn (21.02.2008). Dieser Aufbau ist stellvertretend für alle anderen Versuche.

Die fertig bestückten Schalen wurden in einer Phytokammer bei +24 +/- 2 °C und 65 +/- 5 % relativer Luftfeuchtigkeit (rLF) gehalten. Das Wasser in den Schalen wurde alle drei bis fünf Tage ausgetauscht und die Explantate am basalen Ende abgespült, um die Bildung von Algen- und Bakterienkolonien einzuschränken.

Die Entwicklung der Blattknospen wurde täglich visuell kontrolliert. Ab dem Tag, wo die ersten Knospen sich öffneten, wurde mit einer fotografischen Dokumentation begonnen. Dabei wurde von jeder einzelnen Knospe in Abständen von drei bis fünf Tagen mit einer Digitalkamera (Sony DSC-H1 CyberShot) ein Foto aufgenommen und aus dem Foto die projizierte Fläche der sichtbaren Blätter gemessen. Im Folgenden wird diese Fläche kurz „Knospenfläche“ genannt. Zu beachten war, dass die Explantate immer aus dem gleichen Winkel fotografiert wurden (Abb. 2). Mit Hilfe eines Fotostativs wurde für jede Aufnahme gewährleistet, dass der gleiche Abstand von Objektiv zu Objekt eingehalten wurde und verwacklungsfreies Fotografieren bei längeren Verschlusszeiten möglich war.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2 Knospe 4 von 40 Knospen aus Versuch 2.1 am 17.03.2008; 25 Tage nach Versuchsbeginn. Diese Aufnahme ist stellvertretend für alle anderen Knospenfotografien.

In der Phytokammer besaßen nicht alle Leuchtstoffröhren das gleiche Lichtspektrum (Abb. 3). Aus diesem Grund und auch um die störenden Lichtinterferenzen sowie das Flackern der Leuchtstoffröhren auszugleichen, wurden alle Fotos mit einer Verschlusszeit von mindestens 30 Millisekunden aufgenommen, damit ein für alle Versuche gleichwertiges und gut analysierbares Fotomaterial angefertigt werden konnte (Blende 8, Brennweite 6).

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