Reduzierung kupferhaltiger Pflanzenschutzmittel im ökologischen Weinbau: Untersuchungen zu innovativen Kupferformulierungen mit hohem Reduktionspotential und Entwicklung von Strategien zu deren gezielter Anwendung gegen die Rebenperonospora

Kupfer ist ein vor allem in der ökologischen Landwirtschaft und dort viel in Sonderkulturen eingesetztes Pflanzenschutzmittel. Gerade in großflächigen Sonderkulturen wie Wein, Apfel oder Hopfen wird Kupfer im ökologischen Anbau gegen spezifische Krankheitsbilder erfolgreich eingesetzt: z.B. den Falschen Mehltau des Weins bzw. des Hopfens und den Erreger des Apfelschorfs (Venturia inequalis). Der Einsatz von Kupfer als Pflanzenschutzmittel führt zu einer Anreicherung dieses Schwermetalls in den Böden. In Weinbergsböden wurde gezeigt, dass die Belastung Auswirkungen auf alle im Boden lebenden Organismen (Bodenzönose) und auch Kleinsäuger und Vögel haben kann. Große Kupfermengen führen zu einer reduzierten Biodiversität, was dem ökologischen Gedanken direkt entgegensteht. Das Problem wird dadurch verstärkt, dass es im ökologischen Bereich kaum eine Alternative zum Einsatz von Kupfer gibt. In unserem Projekt wurden im Laufe von drei Jahren mehrere unterschiedliche Kupfersalze und auch etliche formulierte Kupferpräparate (mikroverkapseltes Kupfer) an Weinreben getestet um ihr Kupferminimierungspotential zu erforschen. Unsere Versuche haben gezeigt, dass man um eine optimale Wirksamkeit von Kupfer gegen den Falschen Mehltau (Plasmopara viticola) der Weinrebe zu erreichen, eine hohe Verfügbarkeit von Kupferionen, durch beispielsweise leicht lösliche Stoffe wie Kupfersulfat, mit einer guten Blatthaftung kombinieren muss. Eine Mikroverkapselung ist ein Weg dies zu erreichen. Für unsere Versuche hat die Firma Agrolytix GmbH, Erlangen, ein mikroverkapseltes Präparat auf Kupfersulfatbasis hergestellt, die sogenannten CuCaps. Hierbei wurde das Kupfersulfat in Fett verkapselt. Im Jahr 2012 hatte das Präparat alle Voraussetzungen erfüllt, in die nächste Testphase zu gehen. Anfang 2013 hat die Firma Agrolytix GmbH die Freisetzungskinetik des Kupfersulfats aus den Kapseln optimiert, so dass eine langanhaltende Wirkung auf den Blättern erreicht wurde. Entsprechend wurde dieses Präparat unter Praxisbedingungen im Staatsweingut Freiburg am Standort Blankenhornsberg getestet. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass das Präparat CuCaps an Weinblättern eine äquivalente Wirkung zum verwendeten Referenzprodukt (Cuprozin progress) hatte und selbst in einer geringeren Aufwandmenge von etwa 1.2 kg Kupfer pro Hektar und Jahr noch gute Wirksamkeit zeigte. Zusätzlich erwies sich, dass das mikroverkapselte Präparat signifikant besseren Schutz vor Neuinfektionen an Gescheinen und Trauben bot, als das kommerziell erhältliche Vergleichsprodukt. In Laborexperimenten zeigte das Prüfpräparat sehr gute Haftungseigenschaften und Abwaschstabilität. Während des BÖLN-Projekts wurden weitere Anwendungspartner aus unterschiedlichen landwirtschaftlichen Bereichen geworben: einerseits Dr. Christian Scheer vom Kompetenzzentrum Bodensee, andererseits Dr. Florian Weihrauch von der Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL). Beide setzten die CuCaps im Rahmen von Kupferminimierungsversuchen im Apfel- respektive Hopfenanbau ein und stellten ihre positiven Ergebnisse unter anderem auf dem Kupferfachgespräch in Berlin vor (2012/2013). Dies zeigt, dass wir mit den CuCaps dazu beitragen könnten im gesamten ökologischen Landbau die ausgebrachten Kupfermengen weiter zu minimieren. Zusätzlich wurden während der Projektlaufzeit unterschiedliche Misch- und Ersatzstoffe für Kupfer getestet. Bei diesen Experimenten wurde festgestellt, dass die Ausbringung von Kupfer zusammen mit Netzschwefel eine verbesserte Wirkung gegen P. viticola mit sich bringt. Außerdem fanden wir eine transiente Wirkung von Hopfenextrakt auf den Falschen Mehltau der Weinrebe. Auch das in Kooperation mit der Tumorbiologie Freiburg entwickelte Hexadecylphosphocholin wurde im Rahmen des Projektes untersucht und unter Freilandbedingungen geprüft und es zeigte dort sehr gute Wirksamkeit gegen den P. viticola. Wir betrachteten im Projektverlauf auch etliche andere Naturstoffe, die in Voruntersuchungen mit Essigsäurebakterien Wirksamkeit zeigten, von denen aber keines eine gut reproduzierbare Wirkeffizienz in Blattscheibenessays hatte. Folglich wurden diese nach der ersten Prüfung nicht weiter im Projektverlauf untersucht. Alles in allem stehen am Ende dieses Projekts mit den CuCaps ein Präparat, das, weiter entwickelt, den Eintrag von Kupfer in den Boden von Sonderkulturen verringern könnte, und drei potentielle Kupfermisch- oder Ersatzstoffe (Netzschwefel, Hopfenextrakt, HePC), deren Wirkungsweise und generelle Wirksamkeit weiter untersucht werden sollten

Promotion of testa rupture during garden cress germination involves seed compartment-specific expression and activity of pectin methylesterases

Pectin methylesterase (PME) controls the methylesterification status of pectins and thereby determines the biophysical properties of plant cell walls, which are important for tissue growth and weakening processes. We demonstrate here that tissue-specific and spatiotemporal alterations in cell wall pectin methylesterification occur during the germination of garden cress (Lepidium sativum). These cell wall changes are associated with characteristic expression patterns of PME genes and resultant enzyme activities in the key seed compartments CAP (micropylar endosperm) and RAD (radicle plus lower hypocotyl). Transcriptome and quantitative real-time reverse transcription-polymerase chain reaction analysis as well as PME enzyme activity measurements of separated seed compartments, including CAP and RAD, revealed distinct phases during germination. These were associated with hormonal and compartment-specific regulation of PME group 1, PME group 2, and PME inhibitor transcript expression and total PME activity. The regulatory patterns indicated a role for PME activity in testa rupture (TR). Consistent with a role for cell wall pectin methylesterification in TR, treatment of seeds with PME resulted in enhanced testa permeability and promoted TR. Mathematical modeling of transcript expression changes in germinating garden cress and Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) seeds suggested that group 2 PMEs make a major contribution to the overall PME activity rather than acting as PME inhibitors. It is concluded that regulated changes in the degree of pectin methylesterification through CAP- and RAD-specific PME and PME inhibitor expression play a crucial role during Brassicaceae seed germination

Demethylesterification of Cell Wall Pectins in Arabidopsis Plays a Role in Seed Germination

The methylesterification status of cell wall homogalacturonans, mediated through the action of pectin methylesterases (PMEs), influences the biophysical properties of plant cell walls such as elasticity and porosity, important parameters for cell elongation and water uptake. The completion of seed germination requires cell wall extensibility changes in both the radicle itself and in the micropylar tissues surrounding the radicle. In wild-type seeds of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), PME activities peaked around the time of testa rupture but declined just before the completion of germination (endosperm weakening and rupture). We overexpressed an Arabidopsis PME inhibitor to investigate PME involvement in seed germination. Seeds of the resultant lines showed a denser methylesterification status of their cell wall homogalacturonans, but there were no changes in the neutral sugar and uronic acid composition of the cell walls. As compared with wild-type seeds, the PME activities of the overexpressing lines were greatly reduced throughout germination, and the low steady-state levels neither increased nor decreased. The most striking phenotype was a significantly faster rate of germination, which was not connected to altered testa rupture morphology but to alterations of the micropylar endosperm cells, evident by environmental scanning electron microscopy. The transgenic seeds also exhibited an apparent reduced sensitivity to abscisic acid with respect to its inhibitory effects on germination. We speculate that PME activity contributes to the temporal regulation of radicle emergence in endospermic seeds by altering the mechanical properties of the cell walls and thereby the balance between the two opposing forces of radicle elongation and mechanical resistance of the endosperm

Stufen-Becken-Tagung: 24. Augst 2022, Zweisimmen

ISSN:0374-005

Analysis of Outcomes in Ischemic vs Nonischemic Cardiomyopathy in Patients With Atrial Fibrillation A Report From the GARFIELD-AF Registry

IMPORTANCE Congestive heart failure (CHF) is commonly associated with nonvalvular atrial fibrillation (AF), and their combination may affect treatment strategies and outcomes