Differential accumulation of phenolics and phytoalexins in seven Malus genotypes cultivated in apple replant disease-affected soil

Apple replant disease (ARD) is a globally recognised soil-borne disease, which affects apple orchards and tree nurseries. Biotic factors are considered to be the main causal agent of ARD. Phenolics and phytoalexins were induced in apple roots grown in ARD soil compared to roots grown in disinfested ARD soil. However, the relationship between ARD susceptibility and production of phenolics and phytoalexins in apple roots is still unclear. To answer this question, we cultivated seven Malus genotypes with varying levels of ARD susceptibility (M.26, EMR 2, M.200, G.214, G.935, Selection 4, and MAL0739) in both ARD soil from Heidgraben, Germany, and the same soil after disinfestation by gamma-irradiation (γ-ARD). Despite the overall growth reduction observed for all seven genotypes, three of them, EMR 2, G.935 and MAL0739, showed better performance, as indicated by the ARD susceptibility index (ASI) and differences in their root structure. Phenolics and phytoalexins were differentially induced in the roots grown for four weeks (T4) and eight weeks (T8) in ARD soil compared to γ-ARD soil. Moreover, differences in the total phenolics content (TPC) and the total phytoalexin content among the evaluated Malus genotypes were observed. The biochemical data from the early time point (T4) separated Malus genotypes more effectively compared to that from the late time point (T8). Among the six ARD-induced phytoalexins, 3-hydroxy-5-methoxybiphenyl at T4 can serve as an early biomarker for ARD. Although TPC and total phytoalexin content of the Malus genotypes exhibited no or weak correlation with root and shoot growth reduction, some individual phenolics and phytoalexins showed higher coefficients, suggesting that they might influence the ARD susceptibility of apple rootstocks

Innovatives Konzept für eine rückstandsfreie Apfelproduktion

Die kontrolliert-integriert produzierende (IP), obstbauliche Praxis sieht sich derzeit konfrontiert mit Forderungen des Handels nach Früchten, deren Rückstandswerte weit unterhalb der gesetzlich geforderten Höchstmengen liegen. Vor diesem Hintergrund sah sich das Kompetenzzentrum Gartenbau (KoGa) mit seinen Partnern in Forschung und Versuchswesen gefordert, ein innovatives Konzept für eine Rückstandsfreie Apfelproduktion zu entwickeln. Die Konzeption zielte darauf ab, durch chemische Pflanzenschutzmaßnahmen nach IP-Richtlinien bis zu entscheidenden Stadien in der Fruchtentwicklung die Ertrags- und Qualitätssicherung sowie die Kostenvorteile dieser Wirtschaftsweise zu nutzen. Dabei sollte durch entsprechend terminierte Umstellung auf Einsatz von im ökologischen Anbau verwendeten Mitteln eine Rückstandsfreiheit der Früchte erreicht werden. Als Kontrollen dienten Pflanzenschutzmaßnahmen nach kontrolliert-integrierter bzw. ökologischer Wirtschaftsweise. Die Untersuchungen wurden auf dem Campus Klein-Altendorf der Universität Bonn an den Apfelsorten Braeburn, Elstar und Gala durchgeführt. Die Bäume befanden sich bei Versuchsbeginn 2011 im fünften Standjahr. In den dreijährigen Versuchen wurde mit den Kombinationsstrategien das Ziel der Rückstands-freiheit ohne erhöhten Krankheits- oder Schädlingsbefall erreicht. Dabei zeigten sich in Abhän-gigkeit von der Sorte höhere Erträge mit zunehmendem IP-Anteil in der Pflanzenschutzstrategie. Zwischen den Varianten „IP“ und „IP_AE_Öko“ waren Ertragsunterschiede von + 4 bis - 10% zu verzeichnen. Fortgeschrittener Stärkeabbau (bei allen drei Sorten) und erhöhte Zuckergehalte (bei 'Braeburn') ließen auf eine Reifefördernde Wirkung der Kombinationsstrategien schließen. Ausprägungen und Veränderungen der Fruchtreife- und Qualitätsparameter Festigkeit, Zucker- und Säuregehalte zum Zeitpunkt der Ernte, im Laufe der Lagerung ..

Innovatives Konzept für eine rückstandsfreie Apfelproduktion

Die kontrolliert-integriert produzierende (IP), obstbauliche Praxis sieht sich derzeit konfrontiert mit Forderungen des Handels nach Früchten, deren Rückstandswerte weit unterhalb der gesetzlich geforderten Höchstmengen liegen. Vor diesem Hintergrund sah sich das Kompetenzzentrum Gartenbau (KoGa) mit seinen Partnern in Forschung und Versuchswesen gefordert, ein innovatives Konzept für eine Rückstandsfreie Apfelproduktion zu entwickeln. Die Konzeption zielte darauf ab, durch chemische Pflanzenschutzmaßnahmen nach IP-Richtlinien bis zu entscheidenden Stadien in der Fruchtentwicklung die Ertrags- und Qualitätssicherung sowie die Kostenvorteile dieser Wirtschaftsweise zu nutzen. Dabei sollte durch entsprechend terminierte Umstellung auf Einsatz von im ökologischen Anbau verwendeten Mitteln eine Rückstandsfreiheit der Früchte erreicht werden. Als Kontrollen dienten Pflanzenschutzmaßnahmen nach kontrolliert-integrierter bzw. ökologischer Wirtschaftsweise. Die Untersuchungen wurden auf dem Campus Klein-Altendorf der Universität Bonn an den Apfelsorten Braeburn, Elstar und Gala durchgeführt. Die Bäume befanden sich bei Versuchsbeginn 2011 im fünften Standjahr. In den dreijährigen Versuchen wurde mit den Kombinationsstrategien das Ziel der Rückstands-freiheit ohne erhöhten Krankheits- oder Schädlingsbefall erreicht. Dabei zeigten sich in Abhän-gigkeit von der Sorte höhere Erträge mit zunehmendem IP-Anteil in der Pflanzenschutzstrategie. Zwischen den Varianten „IP“ und „IP_AE_Öko“ waren Ertragsunterschiede von + 4 bis - 10% zu verzeichnen. Fortgeschrittener Stärkeabbau (bei allen drei Sorten) und erhöhte Zuckergehalte (bei 'Braeburn') ließen auf eine Reifefördernde Wirkung der Kombinationsstrategien schließen. Ausprägungen und Veränderungen der Fruchtreife- und Qualitätsparameter Festigkeit, Zucker- und Säuregehalte zum Zeitpunkt der Ernte, im Laufe der Lagerung sowie einer anschließenden Shelf-Life-Phase waren in erster Linie Sortenbedingt. Die Kombinationsstrategien zeigten nur geringe Auswirkungen. Bei ausschließlicher Verwendung von Präparaten des ökologischen An-baus war die Fruchtausfärbung am besten und das Auftreten von Sonnenbrand am geringsten ausgeprägt. Dies steht in Zusammenhang mit der erhöhten UV-A-Absorption dieser Früchte. Auswirkungen der Pflanzenschutzstrategie auf Wasserverluste der Früchte infolge von kontrol-liertem Hitzestress waren in Abhängigkeit von der Sorte unterschiedlich. Untersuchungen ver-schiedener Blatt-Indices ließen bei den Bäumen der ökologischen Variante höhere sekundäre Inhaltsstoffgehalte im Blatt vermuten. Gleichzeitig wurden geringere Chlorophyllgehalte und kleinere Blattflächen beobachtet. Dies ließ auf eine geringere Assimilationsleistung schließen. Die Ergebnisse aus Mineralstoffanalysen des Blattgewebes unterstützen die Befunde zu verschiedenen Blattindices sowie zur Ertragsleistung in Abhängigkeit von der Pflanzenschutzstrategie. Als Praxisrelevante Schlussfolgerung lässt sich aus diesen Ergebnissen ableiten, dass durch eine Umstellung von chemisch-synthetischen Fungiziden und Insektiziden auf Mittel des ökologischen Anbaus nach dem Ende des Ascosporenfluges des Schorfpilzes das Ziel der Rückstandsfreiheit bei Freiheit von Krankheiten und Schaderregern erreicht werden kann. Bei Sorten mit geringerer oder ohne Neigung zu Ertragsminderungen ist diese Empfehlung auch unter Berücksichtigung der erhöhten Kosten vertretbar, da Vorteile, wie z.B. verbesserte Fruchtausfärbung und geringere Sonnenbrandempfindlichkeit, damit verbunden sind. Insbesondere Direktvermarkter könnten davon profitieren, sofern sie durch eine entsprechende Marketingstrategie angemessene Preise realisieren können. Unter Berücksichtigung der Kosten- und Ertragssituation stellt die kontrolliert-integrierte Strategie, mit der während der dreijährigen Untersuchungen die Rückstandsanforderungen des Großhandels erreicht werden konnten, für die Produzenten mit ausschließlicher Vermarktung über den Großhandel die vorzüglichste Alternative dar.Integrated production is currently facing market demands for apple fruits that are free of pesticide residues or at least far below the permitted maximum levels. In this situation, the Center of Competence in Horticulture (KoGa) with its partners in fundamental and applied research was challenged to develop an innovative concept for an apple production free of pesticide residues. This conception aimed at the application of chemical fungicides and insec-ticides according to integrated plant protection up to crucial stages in fruit development in order to secure yield and quality and make use of the lower costs of this production system. By changing to the agents of organic production at different stages of flower and early fruit development, respectively, production of fruits without pesticide residues should be achieved. Crop protection measures according to integrated and organic production were applied as control treatments. Evaluation of the treatments was performed in an apple orchard with cvs. Braeburn, Elstar and Gala at Campus Klein-Altendorf of Bonn University. The trees were in their fifth leaf. The results of three years of examination showed that with implementation of the hybrid strategies pesticide residues in the fruit could be avoided without increased incidence of pests or diseases. Depending on the cultivar, there was a tendency of higher yields, when increasing input of chemicals according to integrated production. Between the treatments “IP” and „IP_AE_Öko“ deviations in yield of + 4 to - 10% were observed. It was concluded from advanced degradation of starch (in all three cultivars) and increased sugar content (in 'Braeburn') that the hybrid strategies accelerated maturation of the fruits. Characteristics and changes in parameters of fruit maturity and quality, e. g. firmness, contents of sugar and acids, at the time of harvest, during storage and after a fortnight´s shelf-live-period were predominantly determined by the cultivar. The hybrid strategies only showed minor impact. When only agents of organic production were used, this resulted in best fruit coloration and least sunburn incidence. This is related to the elevated UV-A absorption potential of these fruits. Effects of the plant protection strategy on evaporation of the fruits after controlled heat stress treatment varied and depended on the cultivar studied. From investigations of different leaf indices it is supposed that the organic strategy led to higher secondary metabolites in the leaves. In parallel, lower contents of chlorophyll and smaller leaf blades were recorded. From that a lower potential assimilation rate can be assumed. Results of leaf analyses for minerals support the findings from leaf indices and yield performance as influenced by the plant protection strategy. From these results conclusions relevant for commercial fruit production are derived: By changing application of chemical fungicides and insecticides to agents of organic production at the end of apple scab ascospore flight, residue-free fruits are achievable. With cultivars having no or only a small tendency to yield reductions this can be recommended despite elevated costs since it is accompanied by certain advantages, e. g. improved coloration of the fruits and less sensitivity to sun burn. This is especially valuable for growers with their own marketing strategy allowing for appropriate prices. Taking into account the situation of costs and yield for the growers who sell to the wholesalers, the integrated production strategy is recommended as the preferable option