Fusarium in sugar beet - Species composition, pathogenicity and mycotoxin production as well as cross-pathogenicity in wheat

Fusarium spp. können Zuckerrüben in allen Entwicklungsstadien und im Lager befallen. Vor allem in den USA werden durch "Fusarium Yellows" hohe Verluste im Rüben- und Weißzuckerertrag durch Fusarium spp. verursacht. Aber auch in Deutschland und anderen Teilen Europas werden Fusarium spp. häufig aus Rübenfäulen isoliert. Es gibt aber nicht nur pathogene Fusarien, sondern auch andere Lebensformen. Bei der Beurteilung der Ursache von Rübenfäulen müssen dementsprechend Primärpathogene von Endophyten und Saprobionten unterschieden werden. Im Rahmen eines zweijährigen Feldversuchs an zwei Standorten in Süd-Niedersachsen wurde das Vorkommen von Fusarium spp. in erntefrischen und gesund-erscheinenden Zuckerrüben untersucht. Durch unterschiedliche Lagerungsbedingungen wurde der Einfluss der Lagerdauer auf den saprotrophen Befall dargestellt. Dabei wurden aus durchschnittlich 12,7% der untersuchten Rüben Fusarien isoliert. In erntefrischen Rüben wurde am häufigsten F. redolens detektiert, während aus langfristig gelagerten Rüben vor allem F. culmorum, F. cerealis und F. graminearum isoliert werden konnten. Isolate der insgesamt 13 bestimmten Fusarium spp. wurden im Gewächshaus auf ihre Pathogenität an Zuckerrüben getestet. Dabei zeigten nur einige mit F. graminearum und F. sambucinum inokulierte Pflanzen Symptome, die mit denen eines amerikanischen "Fusarium Yellows2-Isolats vergleichbar waren. Dadurch wurde die Hypothese bestätigt, dass Fusarien auch als Endophyten in gesunden Zuckerrüben vorkommen. Ausgewählte Isolate aller im Feldversuch gefundenen Arten wurden in Reis angezogen und auf ihre potentie lle Mykotoxinproduktion hin untersucht. Neben A- und B-Trichothecenen, Zearalenon und Fumonisinen wurden unter anderem auch Beauvericin, Moniliformin und Enniatine gefunden. Letztere wurden vor allem durch die häufig aus erntefrischen Rüben isolierte Art F. redolens produziert. Die Bedeutung einer möglichen Mykotoxinkontamination von Zuckerrüben wird diskutiert.Zudem wurde die Übertragbarkeit von Fusarium über die Fruchtfolgeglieder Zuckerrübe und Weizen untersucht. In Gewächshausversuchen wurde Weizen mit Isolaten der sieben am häufigsten aus Zuckerrübe isolierten Fusarium spp. inokuliert. Zusätzlich zu der bereits beschriebenen Pathogenität von F. graminearum erwiesen sich mit F. culmorum, F. cerealis, F. equiseti und F. tricinctum Zuckerrüben-Isolaten von vier weiteren Fusarium spp. als pathogen in Weizen. Während F. graminearum, F. culmorum und F. cerealis klassische "Fusarium Head Blight"-Symptome verursachten, waren F. equiseti und F. tricinctum deutlich weniger aggressiv. Dafür zeigten die Körner von Pflanzen, die mit diesen Arten inokuliert wurden einen erhöhten Anteil an "Black Point". Die Analyse ergab, dass "Black Point"-Körner deutlich mehr Mykotoxine enthielten als symptomlose infizierte Körner. Die Zuckerrüben-Isolate von F. graminearum, F. culmorum und F. cerealis dagegen sorgten für eine hohe Kontamination mit Deoxynivalenol, Nivalenol und deren acetylierten Derivaten. Aufgrund dieser Untersuchungen kann keine Aussage darüber getroffen werden, ob Zuckerrübenernterückstände als Inokulumquelle dienen. Im Rahmen der Fruchtfolge muss aber beachtet werden, dass auch Zuckerrüben von Fusarium spp. kolonisiert werden, die in Weizen pathogen sind und zur Mykotoxinbildung führen können.Fusarium spp. can infect sugar beets in all growth stages and during storage. Especially in the U.S., root and white sugar yield is reduced by Fusarium Yellows. Fusarium spp. are also frequently isolated from sugar beet displaying root rot symptoms in Germany and other parts of Europe. However, Fusaria are not necessarily pathogenic. For the evaluation of root rot symptoms in sugar beet, primary pathogens have to be distinguished from endophytes and saprobes. In a two-year crop-rotation trial at two locations in Lower Saxony, Germany, the occurrence of Fusarium spp. in freshly-harvested and apparently healthy sugar beet was investigated. Storage conditions were varied and the influence of storage duration on the saprotrophic colonization was determined. On average, 12.7% of all sugar beets tested were considered to be infected. F. redolens was most frequently isolated from freshly-harvested sugar beets, while F. graminearum, F. culmorum, and F. cerealis were the dominant species in long-term stored sugar beets. Isolates of all 13 species detected were tested for pathogenicity to sugar beet in the greenhouse. Only a few plants inoculated with F. graminearum or F. sambucinum showed symptoms comparable to the ones caused by an American Fusarium Yellows isolate. Therefore, the hypothesis was confirmed that Fusarium spp. can also occur in apparently healthy sugar beets. Selected isolates of all species detected in the field trial were tested for their potential mycotoxin production on autoclaved rice grains. Besides type A and B trichothecenes, zearalenone, and fumonisins also beauvericin, moniliformin, and enniatins were detected. The latter were mainly produced by F. redolens, the species most frequently isolated from freshly-harvested sugar beets. The impact of a possible mycotoxin contamination of sugar beets is discussed.A possible cross-pathogenicity of Fusarium spp. isolated from sugar beet on wheat was investigated by the inoculation of wheat in the greenhouse with the seven Fusarium spp. most frequently isolated from sugar beet. In addition to the already described pathogenicity of F. graminearum, sugar beet isolates of F. culmorum, F. cerealis, F. equiseti, and F. tricinctum proved to be pathogenic in wheat. While F. graminearum, F. culmorum, and F. cerealis caused classical Fusarium Head Blight symptoms, F. equiseti and F. tricinctum were less aggressive. However, kernels from ears inoculated with these species revealed an increased percentage of Black Point. Results of mycotoxin analysis showed that Black Point kernels contained higher amounts of mycotoxins than symptomless infected kernels, while kernels from ears inoculated with sugar beet isolates of F. graminearum, F. culmorum, and F. cerealis were generally contaminated with deoxynivalenol, nivalenol and their acetylated derivatives. Based on these investigations, no general conclusions can be drawn regarding sugar beet crop residues as a potential inoculum source in the field. However, it has to be considered that sugar beets are frequently colonized by Fusarium spp. also pathogenic to wheat