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Photo: ATB

A fast method for lettuce breeders to select mildew resistant plants

Experimental setup: Chlorophyll fluorescence image analysis in the lab (Photo: ATB)

Downy mildew on lettuce (Photo: Gärber/JKI)

January 9, 2015: New chlorophyll fluorescence image analysis helps to detect infections with downy mildew non-destructively and in an early stage.
(Joint press release by ATB and JKI)

(Potsdam-Bornim/Kleinmachnow) Growers of lettuce fear the downy mildew fungus Bremia lactucae. Scientists from the Leibniz Institute for Agricultural Engineering (ATB) and the Julius Kühn-Institut (JKI) collaborated to test a new image analysis method, which will help salad breeders to faster select resistant plants. The researchers compared their new non-destructive method with the usual screening method. Chlorophyll fluorescence image analysis (CFBA) proved to be a reliable method for the early detection of fungal disease of lettuce. The results are published in the journal "Computers and Electronics in Agriculture" and are summarized in the recently published issue of journal “Forschungsreport” (in German only). The project was funded by the German Ministry of Agriculture (BMEL). 

Der Falsche Mehltau schädigt das Gewebe der Salatpflanzen. Die Chlorophyllfluoreszenz-bildanalyse, kurz CFBA, erfasst die Photosyntheseaktivität der Salatblätter und erkennt frühzeitig die Schädigung des Photosyntheseapparates. "Die CFBA ist eine zerstörungsfreie und berührungslose Methode. Mit ihr ist eine Infektion bereits nach vier bis acht Tagen nachweisbar", berichtet Dr. Elke Bauriegel vom Leibniz-Institut für Agrartechnik. Mit der klassischen visuellen Auswertung, bei der die Sporenbildung des Pilzes auf Keimblättern oder ausgestanzten Blattscheiben untersucht wird, ist der Befall erst nach 7 bis 14 Tagen nachzuweisen. 

"Mit dem neuen Testsystem können wir rassespezifische Resistenzen, also die Widerstandfähigkeit einer Salatsorte gegenüber einer bestimmten Erregerrasse testen", berichtet Dr. Ute Gärber vom Julius Kühn-Institut in Kleinmachnow. Bei der Erprobung und Optimierung der Bildanalysemethode wurden Kopfsalat- und Batavialinien bzw. -sorten einbezogen, die sich in ihren Resistenzen gegenüber dem Falschem Mehltau unterscheiden. Ihre Resistenz gegenüber verschiedenen Erregerrassen und einem Pilzisolat aus dem Feld wurde untersucht. 

"Um unsere Ergebnisse in eine praxistaugliche Anwendung zu überführen, müssen jedoch weitere Pflanzen-Schaderreger-Kombinationen untersucht werden", zeigt Dr. Gärber den Forschungsbedarf auf. Denn für jedes Wirt-Pathogen-System müssen spezifische Auswert-Algorithmen vorliegen, die auf die jeweilige Erregerinfektion abgestimmt sind. 

"Unser Ziel ist eine automatisierte Methode mit einem fahrbaren Gerätesystem, mit dem in kürzerer Zeit eine größere Pflanzenzahl untersucht werden kann", blickt ATB-Kooperationspartner Dr. Werner B. Herppich in die Zukunft. Er wird sich am ATB darauf konzentrieren, die Chlorophyllfluoreszenz-Aufnahme und -Analysetechnik anzupassen. 

Hintergrundinfo: Falsche Mehltau-Pilze sind in vielen gärtnerischen Kulturen ein Problem. Der pilzliche Erreger Bremia lactucae in Salat ist schwer zu bekämpfen, da es viele physiologische Rassen von ihm gibt. Um den Ertrag zu sichern, verwenden die Anbauer resistente Sorten. Allerdings stehen die Züchter permanent vor der Herausforderung, neue widerstandsfähige Sorten auf den Markt zu bringen, da der Pilz rasch mutiert und sich anpasst. Im Züchtungsprozess sind daher Methoden gefragt, die eine rasche, sichere und einfache Erkennung von Pflanzen ermöglichen, die langsamer oder gar nicht befallen werden. 

Das Projekt "Entwicklung einer Methode zur frühzeitigen Erkennung von Resistenzlinien in der Salatzüchtung mittels Chlorophyllfluoreszenzbildanalyse (SalatBild), Teilprojekt 1" (Förderkennzeichen 511-06.01-28-1-54.095-10) wurde über die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert. 

Literature: 
Bauriegel, E.; Brabandt, H.; Gärber, U.; Herppich, W.: Chlorophyll fluorescence imaging to facilitate breeding of Bremia lactucae-resistant lettuce cultivars. Computers and Electronics in Agriculture 105: 74-82, 2014 

ForschungsReport FoRep 2/2014, S.24-27 http://www.bmelv-forschung.de/fileadmin/dam_uploads/ForschungsReport/FoRep2014-2/Bildanalyse.pdf

Bildmaterial ist vorhanden. 

Presseinformation PDF

Kontakt: 

Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) 
Dr. Werner B. Herppich und Dr. Elke Bauriegel (Projektkoordination) 
Tel.: 0331 5699-620 - E-Mail: wherppich@spam.atb-potsdam.de

 Helene Foltan (ATB, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit) 
Tel.: 0331 5699-820 - E-Mail: hfoltan@spam.atb-potsdam.de

Julius Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI) 
Standort Kleinmachnow 
Dr. Ute Gärber (Partner im Projekt) 
Tel.: 033203 / 48 240 - E-Mail: ute.gaerber@spam.jki.bund.de

Stefanie Hahn (JKI, Referat Presse und Information) 
Tel.: 0531 / 299-3207 - E-Mail: stefanie.hahn@spam.jki.bund.de


Das Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e. V. ist ein europäisches Zentrum agrartechnischer Forschung an der Schnittstelle von biologischen und technischen Systemen. Unsere Forschung zielt auf eine wissensbasierte Bioökonomie. Hierfür entwickeln wir hochinnovative und effiziente Technologien zur Nutzung natürlicher Ressourcen in landwirtschaftlichen Produktionssystemen - von der Grundlagenforschung bis zur Anwendung. Damit tragen wir bei zur Ernährung von Mensch und Tier, zur nachhaltigen Nutzung von Biomasse und zum Schutz von Klima und Umwelt.