TY - THES A1 - Linck, Holger T1 - Diagnosis, Transmission, and Management of Phytoplasmas Infecting Rubus Species N2 - Phytoplasmas ('Candidatus Phytoplasma') are plant-pathogenic bacteria that colonize the phloem of their host plants and can cause diseases in more than 700 plant species world-wide, including many economically important crops, ornamentals, and forest trees. They are spread by phloem-feeding insect vectors, vegetative propagation (grafting or production of cuttings), or plant parasitic dodder species of the genus Cuscuta. In Rubus species, phytoplasmas are associated with a disease referred to as Rubus stunt. Symptoms include stunting, witches' broom, small leaves, short internodes, enlarged sepals, phyllody, flower proliferation, and fruit malformations. As Rubus species are usually propagated vegetatively and the period of latency can be up to one year, the commercial production of planting material in plant nurseries can play a major role in the spread of Rubus stunt in addition to its only known insect vector, the leafhopper Macropsis fuscula. Furthermore, phytoplasmas usually occur in Rubus plants at concentrations too low for regular PCR to detect their DNA in plants and nested PCR is too time consuming for routine screening and prone to carry-over contamination. Hence, a fast, sensitive, and reliable molecular detection method for phytoplasmas in Rubus species is of major importance to stop the spread of this disease. Therefore, a multiplex TaqMan qPCR assay for the detection of Rubus stunt phytoplasmas was developed in this thesis, which provides an efficient tool for the screening of Rubus mother plants. This qPCR assay was subsequently used in a screening of putative insect vectors of Rubus stunt phytoplasmas in raspberry plantations in southern and northern Germany. A total of 4868 hemipteran insects were sorted, identified to family, genus, or species level and 597 DNA extracts, including pooled samples representing all identified insects, sampling locations, and sampling dates, were analyzed for phytoplasma DNA. With only seven sampled individuals of M. fuscula the occurrence of the only known vector for Rubus stunt phytoplasmas was low. DNA extracts from 18 samples were positive for phytoplasma DNA, among them species from the genera Euscelidius, Macrosteles, Euscelis, Anaceratagallia, and Psammotettix. Furthermore, the susceptibility of four raspberry cultivars to Rubus stunt after artificial graft inoculation was investigated. While graft inoculation was verified to be a practical tool for artificial phytoplasma inoculation in raspberries, assessing the disease severity of Rubus stunt proved to be difficult. All four raspberry cultivars used in this experiment ('Autumn Bliss', 'Glen Ample', 'Polka', and 'Tulameen') were successfully colonized by phytoplasmas. The efficacy of heat therapy with subsequent tissue culture to eliminate phytoplasmas from infected raspberry and blackberry plants was also evaluated. All previously infected raspberry and blackberry plants were tested negative for the presence of phytoplasma DNA after this procedure. Therefore, this method is suitable as an important step during the production of healthy mother plants and nuclear stock material in order to secure the production of healthy planting material. In conclusion, a fast and reliable molecular detection assay for routine diagnostics of phytoplasmas in Rubus species was developed and applied in experiments investigating putative insect vectors of Rubus stunt phytoplasmas, the susceptibility of different raspberry cultivars, and the efficacy of heat therapy coupled with tissue culture. The results of these trials can now be incorporated into disease management strategies for Rubus stunt. N2 - Phytoplasmen ('Candidatus Phytoplasma') sind phytopathogene Bakterien, die das Phloem ihrer Wirtspflanzen besiedeln und bei mehr als 700 Pflanzenarten weltweit, darunter viele wirtschaftlich wichtigen Kulturpflanzen, Zierpflanzen und Forstpflanzen, Krankheiten verursachen können. Verbreitetet werden können Phytoplasmen von phloemsaugenden Vektorinsekten, bei der vegetativen Vermehrung (Pfropfung oder Produktion von Stecklingen) oder über pflanzenparasitäre Seide-Arten der Gattung Cuscuta. Bei Rubus-Arten erzeugen Phytoplasmen die sogenannte Rubus stunt, zu deren Symptome ein gestauchter Wuchs, Hexenbesenwuchs, kleine Blätter, kurze Internodien, vergrößerte Kelchblätter, Phyllodie, Blütenproliferation und Fruchtmissbildungen gehören. Das einzige beschriebene Vektorinsekt für Rubus stunt ist die Himbeermaskenzikade (Macropsis fuscula). Da Rubus-Arten normalerweise vegetativ vermehrt werden und die Latenzzeit von Rubus stunt bis zu einem Jahr betragen kann, spielt die kommerzielle Produktion von Pflanzgut eine wichtige Rolle bei der Verbreitung der Krankheit. Darüber hinaus treten Phytoplasmen in Rubus-Arten für gewöhnlich nur in sehr niedrigen Titern auf, die zu gering sind, um die Phytoplasmen DNA mit einer herkömmlichen PCR nachzuweisen. Die sensitivere nested PCR hingegen ist zu zeitintensiv für Routinescreenings und anfällig für Verunreinigungen. Deshalb wurde in dieser Arbeit ein schneller und zuverlässiger multiplex TaqMan qPCR Assay zum Nachweis von Rubus stunt Phytoplasmen entwickelt, der nun als effizientes Werkzeug für das Screening von Mutterpflanzen zur Verfügung steht. Diese Nachweismethode wurde anschließend in einem Insektenscreening angewendet, für das potentielle Vektorinsekten für Rubus stunt Phytoplasmen in Himbeeranlagen in Süd- und Norddeutschland gefangen wurden. Es wurden insgesamt 4868 Insekten der Ordnung Hemiptera aussortiert und auf Familie, Gattung oder Art bestimmt. Davon wurden 597 DNA-Extrakte, die alle identifizierten Arten, Probenstandorte und Probenzeitpunkte repräsentieren, hinsichtlich des Vorkommens auf Phytoplasmen-DNA untersucht. Das Auftreten des einzigen beschriebenen Vektorinsekts für Rubus stunt Phytoplasmen, M. fuscula, war mit nur sieben Individuen gering. Insgesamt wurden 18 DNA-Extrakte positiv auf Phytoplasmen-DNA getestet, darunter Arten der Gattungen Euscelidius, Macrosteles, Euscelis, Anaceratagallia, und Psammotettix. Des Weiteren wurde die Anfälligkeit von vier Himbeersorten ('Autumn Bliss', 'Glen Ample', 'Polka' und 'Tulameen') auf Rubus stunt durch künstliche Infektion mittels Anplatten infizierter Pflanzen untersucht. Während sich das Anplatten als gute Methode für die künstliche Inokulation von Himbeeren erwies, stellte es sich als schwierig heraus, die Befallsstärke der Rubus stunt zu bonitieren. Alle vier Himbeersorten wurden erfolgreich von Phytoplasmen besiedelt. Zusätzlich wurde die Wirksamkeit einer Wärmetherapie mit nachfolgender Gewebekultur zur Eliminierung von Phytoplasmen aus infizierten Himbeer- und Brombeerpflanzen untersucht. Alle zuvor infizierten Himbeer- und Brombeerpflanzen wurden nach dieser Behandlung negativ auf die Anwesenheit von Phytoplasma-DNA getestet. Diese Behandlung stellt daher ein geeignetes Mittel bei der Produktion von Mutterpflanzen dar, um die Produktion von gesundem Pflanzmaterial sicherzustellen. Zusammenfassend wurde eine schnelle und zuverlässige molekulare Diagnosemethode, die sich für Routineuntersuchungen von Rubus-Arten auf Phytoplasmen eignet, entwickelt und in Versuchen zu potentiellen Rubus stunt Vektorinsekten, der Anfälligkeit verschiedener Himbeersorten und der Wirksamkeit von Wärmetherapie mit anschließender Gewebekultur angewendet. Die Ergebnisse dieser Studien können nun in Bekämpfungsstrategien gegen Rubus stunt integriert werden. Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-102 VL - 2019 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ER - TY - THES A1 - Dörr, Oliver Sebastian T1 - Influence of artificial sunlight from a microwave plasma lamp on morphology and secondary metabolism of horticultural plants N2 - Light is one of the most important abiotic factors for plant physiological processes. In addition to light intensity, the spectral quality of light can also influence the plant morphology and the content of secondary metabolites. In the horticultural industry, artificial light is used in to enable year-round production of herbs, ornamental plants and vegetables in winter terms. Until today, discharge lamps like high-pressure sodium (HPS) lamps, emitting predominantly orange and red light and high amounts of infrared radiation, are the most common lamp systems in greenhouses. In the last decades, light-emitting diodes (LEDs) emerged as an efficient alternative light source. LEDs have the advantage of distinct adjustments to the light spectrum. For a usage in horticultural industry LEDs are often too expensive. Furthermore, reduced plant growth can occur due to incorrectly adjusted light spectra and lower leaf temperatures caused by the lack of infrared radiation. In a research project (LOEWE, funding no. 487/15-29) funded by the Hessen State Ministry of Higher Education, Research and Arts, Microwave plasma lamps (MPL) were tested as new light sources for horticultural industry and plant research. The electrodeless lamp systems emit light in similar properties like sun light. The aim of the study was to determine the influence of artificial sunlight of the MPL on the accumulation of secondary metabolites, plant architecture and plant physiology of three different species (coleus, basil and potted roses). The MPL was compared with other light systems such as commercial HPS lamps, LEDs or ceramic metal halide lamps (CDM). In addition to morphological parameters such as plant height, internode length or fresh and dry weight, the phenolic content of leaves grown under the respective light sources were examined. Overall an increased far-red light content in the emission spectra of the MPL showed high influence on the plant architecture which was observed in all three plant species. Artificial sunlight from MPL induced stem elongation in coleus and basil plants, compared to the other tested light sources. In potted roses a reduced branching degree was observed under MPL light compared to HPS grown plants. In addition to the impact of far-red light also the blue light content of the emission spectra was found to be a strong influencing factor for plant physiological processes. A positive correlation between blue light content and leaf thickness was determined in coleus cultivated under MPL, LED, HPS and CDM lamps. Low blue light content in HPS emission spectra resulted in shade-adapted leaves with low photosynthetic capacity and susceptibility to high irradiances. Blue light was assumed to increase phenolic metabolites in basil and rose leaves. Furthermore, the different light treatments resulted in an alteration of the composition of essential oils of basil. Experiments with coleus plants demonstrated that besides light color also the infrared radiation, had an influence on secondary metabolites by causing different leaf temperatures. Coleus plants grown with MPL showed the lowest content of phenolic compounds such as rosmarinic acid per dry weight. Infrared radiation resulted in a faster plant development indicated by increased biomass production and higher leaf formation rate as observed in coleus and basil plants. The results obtained in this study show that the influence of leaf temperature should always be considered when comparing different lamp systems. Especially when LEDs are compared to discharge lamps an overestimation of light color can be a consequence since also infrared radiation influences the content of phenolic compounds and plant growth. N2 - Licht ist einer der wichtigsten abiotischen Faktoren für pflanzenphysiologische Prozesse. Neben der Lichtintensität kann auch die spektrale Lichtqualität die Pflanzenmorphologie und den Gehalt an pflanzlichen sekundären Inhaltssoffen beeinflussen. Im Gartenbau wird künstliches Licht verwendet, um eine ganzjährige Produktion von Kräutern, Zierpflanzen und Gemüse im Winter zu ermöglichen. Bis heute sind Entladungslampen wie Natriumhochdrucklampen (HPS), die überwiegend orangefarbenes und rotes Licht sowie Infrarotstrahlung emittieren, die häufigsten Lampensysteme in Gewächshäusern. In den letzten Jahrzehnten haben sich Leuchtdioden (LEDs) als effiziente alternative Lichtquelle herausgestellt. LEDs haben den Vorteil, dass das Lichtspektrum gezielt angepasst werden kann. Für den Einsatz im Gartenbau sind LEDs jedoch oft zu teuer. Darüber hinaus kann ein verringertes Pflanzenwachstum aufgrund falsch eingestellter Lichtspektren sowie fehlender Infrarotstrahlung auftreten. In einem vom hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst finanzierten Forschungsprojekt (LOEWE, Förderungsnummer 487/15-29) wurden Mikrowellenplasmalampen (MPL) als neue Lichtquellen für die Gartenbauindustrie sowie für die Pflanzenforschung getestet. Die elektrodenlosen Lampensysteme emittieren ein sonnenähnliches Lichtspektrum. Ziel der Arbeit war es, den Einfluss des künstlichen Sonnenlichts der MPL auf den Gehalt von pflanzlichen sekundären Inhaltstoffen, sowie auf die Pflanzenmorphologie von drei verschiedenen gartenbaulichen Kulturen (Buntnessel, Basilikum und Topfrosen) zu bestimmen. Die MPL wurde mit anderen Lampensystemen wie handelsüblichen HPS-Lampen, LEDs oder Keramik-Metallhalogendampflampen (CDM) verglichen. Neben morphologischen Parametern wie Pflanzenhöhe, Internodienlänge oder Frisch- und Trockengewicht wurde der Gehalt phenolischer Inhaltsstoffe untersucht. Insgesamt zeigte ein erhöhter Dunkelrotlicht- Anteil in den Emissionsspektren der MPL einen hohen Einfluss auf die Pflanzenarchitektur, der bei allen drei Pflanzenspezies beobachtet wurde. Das künstliche Sonnenlicht der MPL induzierte ein gesteigertes Streckungswachstum bei Buntnesseln und Basilikum. Bei Topfrosen wurde unter dem Licht der MPL ein verringerter Verzweigungsgrad beobachtet, im Vergleich zu Pflanzen die mit HPS Lampen kultiviert wurden. Neben dem Einfluss von dunkelrotem Licht war auch der Blaulichtgehalt ein starker Einflussfaktor für pflanzenphysiologische Prozesse. Eine positive Korrelation zwischen dem Blaulichtgehalt und der Blattdicke wurde bei Buntnesseln bestimmt, die unter MPL-, LED-, HPS- und CDM-Lampen kultiviert wurden. Ein geringer Blaulichtgehalt in HPS-Emissionsspektren führte zu schattenadaptierten Blättern mit geringer Photosynthese-Kapazität und zu einer Anfälligkeit gegenüber hohen Bestrahlungsstärken. Blaues Licht führte zudem zu einem erhöhten Gehalt von phenolischen Inhaltsstoffen in Basilikum- und Rosenblättern. Darüber hinaus führten die verschiedenen Lichtbehandlungen zu einer Veränderung der Zusammensetzung der ätherischen Öle in Basilikumblättern. Mit Experimente mit Buntnesseln konnte nachgewiesen werden, dass neben der Lichtfarbe auch die Infrarotstrahlung einen Einfluss auf den Gehalt von Sekundärmetaboliten hat. Mit MPL produzierte Buntnesseln hatten den niedrigsten Gehalt an phenolischen Verbindungen wie Rosmarinsäure pro Trockengewicht. Die Wärmestrahlung führte zudem zu einer schnelleren Pflanzenentwicklung bei Buntnesseln und Basilikum. Die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass der Einfluss der Blatttemperatur beim Vergleich verschiedener Lampensysteme immer berücksichtigt werden sollte. Insbesondere beim Vergleich von LEDs mit Entladungslampen kann es zu Überschätzung der Lichtfarbe kommen, wenn die Blatttemperatur nicht beachtet wird, da auch die Infrarotstrahlung den Gehalt sekundärer Inhaltsstoffe sowie das Pflanzenwachstum beeinflusst. KW - Light KW - Horticulture KW - Photomorphogenesis Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-122 N1 - Version ohne Lebenslauf VL - 2020 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER -