Udvikling af et biologisk bejdsemiddel til frø

1 Introduktion

1 Introduktion
1.1 Formål og målgruppe
1.2 Baggrund
1.2.1 Frøbårne sygdomme på korn og deres bekæmpelse
1.2.2 Forudsætninger for udvikling af biologiske midler
1.3 Anvendelse af Gliocladium roseum til frøbejdsning
1.3.1 Forskningsmæssig baggrund
1.3.2 Projektindhold

I Danmark bliver udsæd af korn rutinemæssigt bejdset med fungicider. Formålet med projektet er, at udvikle et biologisk bejdsemiddel som alternativ til kemisk bejdsning mod frøbårne patogener, med henblik på at opnå en renere teknologi. Et lovende isolat (IK726) af Gliocladium roseum danner grundlag for projektet, hvor undersøgelserne fokuseres på udvikling af produktions- og formuleringsmetoder, der sikrer tilstrækkeligt shelf-life af de biologiske præparater samt evaluering af disse effektivitet under væksthus- og markforhold. Landbruget og evt. gartnerier er den endelige målgruppe for et eller flere biologisk præparater baseret på IK726. Under projektetforløbet er der indgået en samarbejds- og optionsaftale med frøfirmaet Dæhnfeldt a/s, der forventes at være interesseret i at videreudvikle præparater og teknologier, der er udviklet i projektperioden.

1.2 Baggrund

1.2.1 Frøbårne sygdomme på korn og deres bekæmpelse

Frøbårne sygdomme

Frøbårne sygdomme udgør globalt set en meget væsentlig del af det samlede sygdomsbillede for kulturplanterne. Der er for alle kornsorterne: byg, hvede, havre og rug problemer med frøbårne spiringsskadende svampe især tilhørende slægterne Fusarium og Drechslera sensu lato. Disse svampesygdomme ønskes bekæmpet dels for at undgå udbyttetab og dels for at hindre en akkumulering af smittetryk i marken. Anvendelse af sanitære foranstaltninger, planters resistens og senere især de meget effektive kemiske bejdsemidler er derfor blevet accepteret, som en fornuftig praksis. Ved anvendelse af bekæmpelsesmidler er der helt åbenlyse fordele ved at bekæmpe patogenerne allerede på frøet, da man her kan ramme målet med den mindste mængde aktiv stof pr hektar.

Kemisk bejdsning

De kemiske bejdsemidler har dog vist sig at have visse begrænsninger og miljømæssige ulemper. Efterspørgslen efter alternativer til kemisk bejdsning er blevet stærkere i takt med den øgede usikkerhed omkring sikkerhed og miljømæssige påvirkninger, men også fordi færre kemiske midler er tilgængelige på grund af tilbagetrækning fra markedet. Ydermere er behovet for udvikling af biologiske midler skærpet som følge af problemer med udvikling af fungicidresistens, mangel på effektive kemiske løsninger til specifikke sygdomsproblemer samt at pesticider generelt ikke er tilladte i økologisk jordbrug.

1.2.2 Forudsætninger for udvikling af biologiske midler

Isolat

Den første forudsætning for succesfuld biologisk bekæmpelse er, at der isoleres og dernæst selekteres et virksomt isolat af en antagonistisk mikroorganisme. Selektion foregår som oftest ved screening for antagonisme i in vitro eller in vivo systemer. Der er dog mange eksempler på at lovende antagonister har været ude af stand til af sikre en stabil og effektiv bekæmpelse under naturlige vækstbetingelser (Renwick et al., 1991; Duczek, 1994; Knudsen et al., 1997). Det skyldes formodentlig komplekse vekselvirkninger med abiotiske jordbunds-faktorer som fugtighed, pH, temperatur og tekstur og biotiske faktorer som konkurrence og prædation fra den naturlige mikroflora i jordbunden (Shah-Smith & Burns, 1996).

Produktion og formulering

Når et effektivt isolat er udvalgt, forestår der imidlertid et stort

udviklingsarbejde med at forarbejde antagonisten, så den kan anvendes i erhvervsmæssig skala. Da biologiske bekæmpelsesmidler er baseret på levende organismer, har vanskeligheder omkring produktion, formulering og shelf-life ofte vist sig at komplicere kommercialiseringen af sådanne produkter. Antagonisten skal kunne masseproduceres hurtigt og billigt, men må også kunne formuleres på en sådan måde, at effektivitet og stabilitet i bekæmpelsen kan bevares. Ydermere skal præparatet kunne lagres og distribueres uden tab af biologisk bekæmpelsesaktivitet (Lewis, 1991; McIntyre & Press, 1991).

Registrering

Endelig må man naturligvis holde sig for øje at registrering af biologiske bekæmpelsesmidler er lovpligtig og dermed en nødvendighed for kommercialisering af biologiske midler. Denne proces kan være både langvarig og kostbar. I den sammenhæng formodes det, at mikroorganis-mer der er naturligt forekommende i det miljø, hvori de skal virke, må være lettere at få godkendt end f.eks eksotiske organismer.

Specifikke krav til et biologisk bejdsemiddel

Når formålet er, at udvikle et biologisk produkt til frøbejdsning, skal det formulerede isolat opfylde en række specifikke betingelser: (1) De rette svampestrukturer skal kunne produceres hurtigt og reproducerbart i store mængder. (2) Disse strukturer skal være i stand til at overleve tørring og lagring. (3) De må aktiveres ved såning og være istand til at kolonisere frøet og gerne planterødderne for at hæmme patogenet. (4) Bekæmpelses-effektiviteten skal være høj og stabil under varierende miljøforhold. (5) Antagonisten må ikke skade eller hæmme frøets spiring og rodudvikling og (6) Kompatibilitet med eksisterende frøbehandlingsmetoder er ønskelig (Baker, 1991; Harman, 1991).

1.3 Anvendelse af Gliocladium roseum til frøbejdsning

Gliocladium roseum

Gliocladium roseum er en almindeligt forekommende saprofytisk svamp, og er på verdensplan sammen med blandt andet Pencillium og Trichoderma blandt de almindeligste forekommende svampe i jord (Domsch et al., 1980). G. roseum isoleres hyppigt fra planterødder og rhizosfære, men forekommer også ofte i og på ovenjordiske plantedele (Barnett & Lilly, 1962; Dix, 1964; Stenton, 1958; Pugh & Dickinson, 1965; Mueller & Sinclair, 1986). G. roseum kan i lighed med ovennævnte svampe og en lang række andre almindeligt forekommende mikrorganismer producere adskillige metabolitter in vitro (Lübeck, 1994). Der er dog ikke i litteraturen rapporteret om detektion af G. roseum metabolitter under naturlige betingelser (Jensen, 1998, in press).

1.3.1 Forskningsmæssig baggrund

Udvælgelse af IK726

Et fællesnordisk program: "Biologisk bekæmpelse af frøbårne sygdomme i korn" har haft til formål at tilvejebringe effektive antagonistiske mikroorganismer til biologisk bejdsning mod udsædsbårne sygdomme. G. roseum, isolat IK726, er udvalgt blandt 800 svampeisolater, der er indsamlet fra relevante substrater (frø, halm, jord m.v) fra forskellige danske agerjorde. IK726, der er isoleret fra rødder af F. culmorum inficerede bygplanter, har vist sig først i bioassay i væksthus og siden i markforsøg at være andre selekterede isolater overlegne med hensyn til bekæmpelse af spiringsfusariose forårsaget af F. culmorum (Knudsen et al., 1995).

Forekomst af G. roseum i DK

Ved de ovennævnte isoleringer, er der opnået flere isolater af G. roseum fra såvel planterødder som strå og jord, der alle resulterende i mere end 50% bekæmpelse af F. culmorum i screeningen. Senerer isoleringer fra agerjord fordelt i hele DK har vist en tilsvarende høj bekæmpelsesevne for alle testede G. roseum isolater (i alt 21) (Knudsen, ikke publiceret). Det må derfor anses for sandsynligt, at G. roseum (herunder isolater med højt antagonistisk potentiale som IK726) forekommer meget almindeligt i danske jorde, og at G. roseum under danske forhold indgår naturligt i den mikrobielle spermosfære- og rhizosfæreflora.

1.3.2 Projektindhold

Forskningsindsatsen i det foreliggende projekt er opdelt i følgende hovedområder:

Kapitel 2 omhandler udvikling af produktions- og formuleringsmetoder til hurtig, billig og reproducerbar opformering af G. roseum (IK726).

Kapitel 3 og Kapitel 4 omhandler undersøgelser af henholdsvis shelf-life og spiringsaktivitet for udvalgte formulerede præparater som funktion af lagertid og lagertemperatur.

Den biologiske bekæmpelsesaktivitet ved bejdsning med udvalgte præparater og formuleringer er evalueret i planteforsøg (bioassay) i væksthus med hensyn til bekæmpelse af spiringsfusariose forårsaget af udsædsbårent inokulum af Fusarium culmorum i byg (Kapitel 5), Bipolaris fodsyge forårsaget af udsædsbårent inokulum af Bipolaris sorokiniana i byg (Kapitel 6) og rodbrand forårsaget af jordbårent inokulum af Pythium ultimum i sukkerroe (Kapitel 7). For alle forsøg gælder at frøene er bejdset umiddelbart inden udsåning.

I kapitel 8 er overlevelsen af IK726 konidier på frø samt deres aktivitet overfor udsædsbårne patogener evalueret som funktion af lagertempera-tur og lagertid.

Kapitel 9 omhandler G. roseum's biologiske bekæmpelsesaktivitet under markforhold, hvor udvalgte præparater og formuleringer af IK726 er evalueret med hensyn til bekæmpelse af F. culmorum i byg og hvede.

Kapitel 10 omhandler overlevelse af G. roseum under markforhold efter udbringning med frø.