Minderung von UV-B induzierten Pflanzenschäden bei gartenbaulichen Nutzpflanzen

Abstract

Aufgrund einer anthropogen bedingten Abnahme des Ozongehaltes in der Stratosphäre ist in den letzten Jahren ein Anstieg des UV-B-Anteils der Lichteinstrahlung zu verzeichnen. Insbesondere an Tagen mit hoher Strahlungsdichte kann dies unter anderem Beeinflussungen der Photosynthese oder enzymatischer Aktivitäten im pflanzlichen Stoffwechsel zur Folge haben. Bei länger anhaltendem UV-B-Streß sind auch irreparable Pflanzenschäden möglich, die sich bei Blättern in Form von Nekrosen manifestieren. Bei Apfelfrüchten resultiert dieser UV-B-Stress in Veränderungen der Schalengrundfarbe der Früchte, in Rissbildungen oder in einer Bildung von Faulstellen. Das Auftreten von Sonnenbrand stellte in den letzte n Jahren im Obstanbau Nordrhein-Westfalens sowohl in den ökologisch als auch integriert geführten Betriebe n ein großes Problem dar. In Jahren mit großer Hitze und hoher UV-B-Strahlungsdichte können die Ertragsausfälle im Apfelanbau bei extrem empfindlichen Sorten und exponierter Lage 20-30 % erreichen. Ursache für die Gewebeschäden au f zellulärem Niveau ist die Bildung von freien Radikalen, die nachweislich zu einem Abbau der Zellmembranen führen können. Ob der bei Früchten auftretende Sonnenbrand direkt aus einer erhöhten UV-B Belastung mit nachfolgender Radikalbildung resultiert, ist bislang ungeklärt, gilt aber als wahrscheinlich. Auf der Grundlage ausgewählter physiologischer Parameter, wie der Elektronentransportaktivität in den Chloroplasten, wurden unter kontrollierten Bedingungen bei Phaseolus vulgaris L. Pflanzen Dosis-Wirkungsbeziehungen ermittelt. Mit Hilfe der Chlorophyllfluoreszenzmessung wurde geprüft, ob durch Applikation antioxidativ wirkender Substanzen die Intensität und das Ausmaß der Gewebeschäden gemindert werden kann. Bereits eine Bestrahlung mit 0,5 kJ/m 2 d resultierte bei P. vulgaris im Primärblattstadium in einer unmittelbaren Beeinträchtigung primärer Photosyntheseprozesse, die mit Hilfe der Chlorophyllfluoreszenz zuverlässig und reproduzierbar quantifiziert werden konnte. Die Maximalfluoreszenz (Fm) sank im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle (1,92 + 0,027) auf ein Niveau von 1,66 + 0,021, stieg anschließend jedoch innerhalb von 24 Stunden auf 1,84 + 0,015 an. Eine Erhöhung der Bestrahlungsdauer von 30 auf 45 min. hatte ein Einrollen der Blätter sowie die Ausbildung nekrotischer Flecken zur Folge. Bei Apfelfrüchten entwickelten sich bei gleicher Dosis Aufhellungen auf den UV-B-exponierten Schalenpartien, die auf einen Chlorophyllabbau zurückzuführen waren. Bei Buschbohnen, Apfelblättern und -früchten konnte eine deutliche Minderung der UV-B-induzierten Schäden durch Vorbehandlung der Pflanzen mit einer wässerigen Vitamin E/4-Methoxy-zimtsäure-2-ethyl-hexylester-Lösung oder nach Behandlung mit Rosskastanienrindenextrakt erreicht werden. Eine Behandlung mit Hypericum der Fa. Ceres, Kerpen Türnich, und Fa. Weleda, Schwäbisch Gmünd, ergab keine signifikante Minderung UV-B-induzierter Schäden. Diese Ergebnisse konnten durch Messungen der maximalen Fluoreszenz bestätigt werden. Die Prüfung der Hauptwirksubstanz des Rosskas tanienrindenextraktes ‚Aesculin' haben an Phaseolus vulgaris -Pflanzen sonnenbrandmindernde Effekt e ergeben. Allerdings hatte die Applikation der Reinsubstanz phytotoxische Effekte, wie z.B. die Bildung nekrotischer Läsionen auf den Blättern zur Folge. Wegen der hohen Kosten ist die Substanz für eine Anwendung im Freiland nicht sehr geeignet. Die Untersuchungen des aufgereinigten Rosskastanienrindenextraktes und des Rohextraktes haben keine Unterschiede im Wirkungsgrad gegenüber Sonnenbrand ergeben. Der Zusatz der Vit. E/MOZ-Formulierung erhöhte die Wirksamkeit des Rossk astanienrindenextraktes; jedoch war die Wirksamkeit der Mischung nicht stärker als die Vit. E/MO Z-Formulierung alleine. Die Prüfung von Alternativsubstanzen hinsichtlich ihrer Wirksamkeit zu m Schutz vor Sonnenbrand an P. vulgaris -Pflanzen ergab einen sonnenbrandmindernden Effekt für die Kombinationen aus ‚Vit. E, ZnO, Zimtsäure' oder ‚Vit. E, Zn O, Tausendgüldenkraut-Extrakt'. Die Wirkung im Freiland konnte jedoch aus zeitlichen Gründen im Rahmen dieses Projektes nicht mehr geprüft werden. Im Freilandversuch in einem ökologisch geführten Betrieb im Rheinland traten im Vegetationsjahr 1999 im Vergleich zu den Vorjahren geringere Sonnenbrandschäden auf. Dies war vermutlich auf den relativ kühlen Spätsommer zurückzuführen. Dagegen waren deutliche Fruchtschäden am Standort Südafrika aufgrund der dort höheren Lichteinstrahlung zu verzeichnen. Dort konnte eine deutliche Minderung von Sonnenbrandschäden an der Apfelsorte 'Granny Smith' bei Behandlung mit Vitamin E/MOZ nachgewiesen werden. Dieses Ergebnis hat besondere Bedeutung, da die UV-Intensitäten in diesem Gebiet besonders hoch sind. Unterschiede zwischen den Prüfvarianten und der Kontrolle hinsichtlich der Fruchtfleischfestigkeit, der Farbausbildung der Schale, sowie der Zucker- und Säuregehalte und der Mineralstoffe als qualitätsbestimmende Parameter an ‚Jonagold'-Früchten zum Erntetermin und nach 8 wöchiger Lagerung in einem Kühllager ergaben keine signifikanten Unterschiede. Die optimale Anwendungskonzentration des Rosskastanienrindenextrakts lag bei 100 g Rosskastanienrinde pro Liter Wasser, die des Vitamin E-Präparates bei 0,2 % a.i. - Tocopherol und 1,5 % a.i. Methoxyzimtsäurederivat in Wasser (Ergebnisse nicht dargestellt). Unter kontrollierten Bedingungen konnte eine Mindestwirkdauer bei der Präparate von 7 Tagen nachgewiesen werden. Dies konnte in Untersuchungen unter Freilandbedingungen bestätigt werden.