Quantifying live potato cyst nematodes (Globodera rostochiensis and G. pallida) and cultural practices to reduce their survival (Negin Ebrahimi)

Viaene, N. (Copromotor), Maurice Moens (Promotor), Luc Tirry (Copromotor)

    Activiteit: OverigeAndere soorten (prijzen, externe en andere activiteiten) - (Co)promotor doctoraatsthesis

    Beschrijving

    De aardappelcystenematoden (ACN), Globodera rostochiensis en G. pallida, zijn wereldwijd belangrijke bedreigingen voor de aardappelproductie. Ze zijn een toenemende zorg voor aardappeltelers als gevolg van de geleidelijke afschaffing van chemische nematiciden. Het gebruik van teeltmaatregelen kan een van de meest duurzame strategieën zijn om de schade veroorzaakt door ACN en hun verspreiding te beperken. ANC-juvenielen van het tweede stadium (J2) kunnen gedurende een lange periode overleven in de bodem omdat ze beschermd zijn binnen de eieren in de cysten. Daarom heb ik onderzocht welke de effecten van teeltmaatregelen (bv. vroeg oogsten van primeuraardappelen voordat de ACN levenscyclus voltooid is en het gebruik van bodemverbeteraars) zijn op de overleving en reproductie van ACN in het veld. Sinds kort wordt meer aandacht besteed aan losse aarde of aarde klevend aan geoogste knollen als belangrijk middelen voor de verspreiding van ACN. Het onder water zetten van deze restaarde is een doeltreffende praktijk voor de bestrijding van ACN; het proces duurt echter weken tot maanden. Daarom heb ik onderzocht of het effect van het onderwater zetten op de overleving van ACN in restaarde kan verbeterd worden door het toevoegen van lokaal beschikbare bijproducten van de Belgische agro-industrie. Om de effecten van bodemverbeteraars op de overleving van ACN, uitgedrukt als het aantal levensvatbare eieren, te bepalen, was een kwantitatieve techniek nodig om de levensvatbaarheid te schatten. Daarom heb ik een techniek, op basis van het gehalte van trehalose aanwezig in de eieren, geoptimaliseerd als merker voor de levensvatbaarheid.
    Om het effect van een vroege oogst op de overleving van ACN te bepalen, werden groeikamer-, microplot- en veldproeven uitgevoerd om de levenscyclus van ACN, in groeiomstandigheden van vroege aardappelen, te bepalen. De ontwikkeling van populaties van G. pallida op 3 cultivars, nl. Eersteling (gevoelig voor ACN), Première (resistent tegen G. rostochiensis) en Ambassador (gedeeltelijk resistent tegen G. pallida) en dat van G. rostochiensis op cv. Eersteling, werd nagegaan in een groeikamer met gesimuleerde veldtemperaturen van het seizoen. Globodera pallida vertoonde een lagere temperatuur voor het uitkomen van J2 en ontwikkelde sneller dan G. rostochiensis; de vrouwtjes verschenen vroeger dan die van G. rostochiensis. Op cvs Eersteling en Première, werden vrouwtjes en cysten van G. pallida populaties gedetecteerd op respectievelijk 63 en 77 dagen na inoculatie met cysten (DNI). Het aantal graaddagen (DD) voor G. pallida om zijn levenscyclus te voltooien (basis temperatuur = 4°C) was 450 DD4. op cv. Ambassador werden vrouwtjes van G. pallida nooit waargenomen. Vrouwtjes en cysten van G. rostochiensis werden respectievelijk 70 en 84 DNI, gedetecteerd. Met een basistemperatuur van 6° C, had deze soort 398 DD6 nodig om zijn levenscyclus te voltooien. Uit observaties in twee velden en in microplots, onder weersomstandigheden van 2013, bleek dat cysten van G. pallida en G. rostochiensis werden gevormd op 12 en 15 juni, resp; terwijl de geaccumuleerde graaddagen respectievelijk 463 DD4 en 401 DD6 waren. Beide Globodera soorten ontwikkelden zich eerder dan werd aangenomen op basis van eerdere gegevens (20 juni).
    Voor het meten van de levensvatbaarheid van ACN werd trehalose geëxtraheerd uit cysten en uit een verdunningsreeks van eieren, en nadien gekwantificeerd. Meer trehalose werd gedetecteerd als cysten geplet werden dan wanneer ze intact werden gelaten. De reactievolumes werden aangepast aan het aantal eieren omdat kleine reactievolumes een nauwkeurige extractie van trehalose belemmerden. Maximum 10.5 eieren per µl reactievolume moet worden gebruikt om een significant lineair verband te verkrijgen tussen de gedetecteerde trehalose-inhoud en het aantal eieren. De gevoeligheid van de op trehalose gebaseerde methode werd beoordeeld door het bepalen van de detectiegrens; die werd gedefinieerd als 5 levensvatbare eieren. De betrouwbaarheid van deze methode werd getest door het vergelijken van haar werkzaamheid met die van twee andere veelgebruikte testen, nl. de visuele beoordeling en het uitkomen van de J2. De op trehalose gebaseerde methode gaf resultaten die vergelijkbaar waren met de visuele beoordeling; deze is echter tijdrovend, vereist opgeleid personeel en kan onderhevig zijn aan subjectiviteit. In de test van het uitkomen van J2 werden minder levensvatbare eieren geïdentificeerd dan met de twee andere methoden. Daarnaast werd de levensvatbaarheid van dode eieren (verwarmd en natuurlijk dode) getest. Met de op trehalose gebaseerde methode werden geen vals-positieve resultaten (dode eieren als levensvatbare verklaard) verkregen. De robuustheid van de test werd aangetoond door het meten van de levensvatbaarheid van eieren van ACN in verschillende experimenten herhaald in de tijd. De methodiek op basis van trehalose bleek een objectieve, gevoelige, betrouwbare, robuuste, snelle en goedkope techniek te zijn voor de beoordeling van het aantal levensvatbare eieren in ACN cysten.
    Ik bestudeerde de effecten van verschillende bodemverbeteraars (varkensdrijfmest, rundveedrijfmest, minerale stikstof meststof (NH4NO3), krabschalencompost, houtsnipperscompost, biochar (Romchar) alleen of in combinatie met houtsnipperscompost, varkensdrijfmest of krabschalencompost) op de overleving en reproductie van ACN in potexperimenten. Deze bodemverbeteraars waren gemengd met een zanderige bodem en toegevoegd aan 2-L potten (overlevingstest) of 4-L potten (voortplantingstest). De bodem zonder verbeteraars werd gebruikt als controle. Cysten van G. rostochiensis of G. pallida waren geplaatst in nylon zakjes en toegevoegd aan de grond in elke pot. Potten werden buiten, blootgesteld aan heersende temperaturen, geschikt in een gerandomiseerde opstelling met 4 herhalingen. Voor de overlevingstest werd de levensvatbaarheid van de cysteninhoud bepaald door visuele beoordeling en door de op trehalose gebaseerde methode geoptimaliseerd in dit onderzoek. Varkensdrijfmest, rundveedrijfmest, minerale stikstof meststof (NH4NO3), krabschalencompost, houtsnipperscompost en varkensdrijfmest gemengd met biochar, verminderden het aantal levensvatbare eieren in cysten van beide Globodera soorten in afwezigheid van aardappel. Het sterftepercentage van eieren in cysten als gevolg van bovengenoemde bodemverbeteraars varieerde tussen 18 en 22,5% voor G. rostochiensis en tussen 15 en 25% voor G. pallida. Biochar alleen of in combinatie met houtsnipperscompost en krabschaalcompost deed de levensvatbaarheid niet verminderen. Als een aardappelknol in 4-L potten geplant werd, werd in vergelijking met een niet verrijkte bodem, een geringere voortplanting van beide ACN soorten vastgesteld in bodems verrijkt met varkensdrijfmest, houtsnipperscompost, rundveedrijfmest en stikstof meststoffen, krabschalencompost alleen en gemengd met biochar. De grootste vermindering van de voortplanting van beide ACN soorten werd bereikt in de bodem verrijkt met varkensdrijfmest (87%) of houtsnippers compost (82%). Biochar (Romchar) heeft de overleving en reproductie van ACN niet verminderd. Meer nog, het remde het onderdrukkend effect van houtsnipperscompost en varkensdrijfmest op de ACN vermeerdering.
    Het toevoegen aan de bodem van varkensdrijfmest, rundveedrijfmest, stikstof meststof, houtsnipperscompost en krabschalencompost remde het uitkomen van J2, hun verplaatsing in de bodem en de penetratie van de wortel. Een aanzienlijke toename van ammoniumnitraat werd waargenomen in de bodem verrijkt met stikstof meststof (NH4NO3), varkensdrijfmest en rundveedrijfmest. De fosfolipide vetzuuranalyse (PLFA) toonde een toename aan van de totale biomassa van de microbiota in de bodems met varkens- en runderendrijfmest, krabschaalcompost en houtsnipperscompost. Deze veranderingen hebben mogelijk bijgedragen tot de onderdrukking van nematoden in bovengenoemde verrijkte bodems.
    Ik evalueerde ook de mogelijke toegevoegde waarde van agro-industriële afvalproducten op de onderdrukkende effecten van het onderwater zetten op de overleving van ACN in restaarde. Daartoe werden agro-industriële afvalproducten (bv. gestoomde en verse aardappelschillen, groene bladgedeelten van prei) alsook calciumsulfaat, alleen en gemengd met gestoomde aardappelschillen, toegevoegd aan onderwater gezette bodems. ACN cysten werden in de bodem ingebracht. Met behulp van de op trehalose gebaseerde methode werd de levensvatbaarheid van de cysteninhoud vastgesteld op verschillende tijdstippen na onderwater zetten. Inundatie van restaarde met agro-industriële afvalproducten zoals gestoomde en verse aardappelschillen en prei gedurende 4 weken, resulteerde in 99,9% daling van de levensvatbaarheid van de cysteninhoud; in niet-verrijkte bodems was dit 49%. In niet-verrijkt en onderwater gezette bodem werd pas na 8 weken 72% ei-sterfte vastgesteld. Organische verrijking verminderde de pH en redox potentieel van de bodem en verhoogde de concentratie van korte-keten vetzuren in de bodem. PLFA analyse toonde een toename in de totale biomassa van microbiële gemeenschap van bodems verrijkt met aardappelschillen. Deze veranderingen kunnen worden geassocieerd met het onderdrukkende effect van bovengenoemde bodemverrijkingen.
    Kortom, uit dit onderzoek is gebleken dat niet-chemische en teelttechnische beheerstrategieën de ACN-dichtheden in het veld kunnen verlagen, op voorwaarde dat zij beredeneerd worden toegepast. Op het juiste moment (net voor cysten worden gevormd) oogsten en het kiezen van de juiste bodemverrijking verminderen het overleven en de voortplanting van ACN in het veld. Het onderwater zetten van met ACN gecontamineerde restgronden gemengd met plantaardig organisch afval heeft ook geleid tot een aanzienlijke vermindering van het overleven van ACN. Er werd ook een goede techniek ontwikkeld voor het meten van de levensvatbaarheid van PCN.
    Periode1-mei-201122-okt-2015
    Gehouden opILVO en Universiteit Gent, België