Assessing the intensity of Fusarium-damage in wheat: A comparison of selected disease parameters during disease development and the role of fungicides

Abstract

Disease severity (% of Fusarium-damaged spikelets), disease incidence (% of Fusarium-damaged wheat heads), Fusarium graminearum DNA (pg per ng total DNA), deoxynivalenol (DON) content (mg DON per kg grain dry mass) and yield (t per ha) were recorded in a field experiment carried out in Northern Germany. Plants (susceptible cultivar Ritmo) were inoculated at anthesis by overhead application of a F. graminearum mycelial suspension during a 6.7 mm precipitation event. Fungicides were applied around the time of wheat anthesis to generate different levels of Fusarium-damage. Infected heads were sampled in two-week-intervals post inoculation. Disease incidence increased almost linearly with time, reaching levels of about 80% at four weeks post inoculation. Disease severity increased in a slightly exponential manner with time, reaching levels of about 60% after four weeks. Six weeks after inoculation, Fusarium head blight symptoms could not be distinguished from blighting of wheat heads due to plant senescence anymore. The ratio of F. graminearum DNA and total DNA increased exponentially with time up to four weeks post inoculation. Relationships between fungal DNA and yield or DON were closer when DNA was extracted two weeks post anthesis in comparison with four weeks post anthesis. Hence, quantification of fungal DNA seems to be advantageous for assessing FHB in wheat at early stages of disease development. In the middle of disease development, disease severity allowed the most precise estimation of yield and DON contents. Towards the end of disease development, the DON content was the most useful variable to describe the intensity of Fusarium-damage, because it could be evaluated in senescent plant material. Yield of infected plants increased from about 6.5 to 10 t ha⁻¹ upon fungicide (Caramba, Folicur, or Input) application at two days before or two days after anthesis. Effects were smaller when fungicides were applied earlier or later. At equal application time, equal disease severity level, and equal fungal DNA concentration, effects of fungicides on yield were not significantly different (P = 0.734) whereas effects on the DON content were (P < 0.001). Folicur applied around the time of wheat anthesis decreased the DON content of the grain from about 14 mg kg⁻¹ to 9 mg kg⁻¹ whereas Caramba and Input decreased the DON content to about 5 mg kg⁻¹.

Zusammenfassung

Die Befallsstärke (% Fusarium-befallene Spindelstufen), die Befallshäufigkeit (% Fusarium-befallene Weizenähren), die Fusarium graminearum DNA-Menge (pg pro ng Gesamt DNA), der Deoxynivalenol (DON)-Gehalt (mg DON pro kg Korntrockenmasse) sowie der Ertrag (t pro ha) wurden in einem in Norddeutschland durchgeführten Freilandversuch im Winterweizen erfasst. Die Inokulation der Pflanzen (anfällige Sorte Ritmo) erfolgte zur Blüte durch Ährenapplikation einer F. graminearum Myzelsuspension während eines 6,7 mm Niederschlagsereignisses. Fungizide wurden wenige Tage vor oder nach der Weizenblüte appliziert, um verschiedene Befallsstufen zu erhalten. Die Probennahmen erfolgten in Intervallen von zwei Wochen nach der künstlichen Infektion. Die Befallshäufigkeit stieg mit der Zeit nahezu linear an und erreichte vier Wochen nach der Inokulation etwa 80%. Die Befallsstärke stieg leicht exponentiell an und erreichte vier Wochen nach der Infektion ca. 60%. Eine zuverlässige Unterscheidung von Taubährigkeit und pflanzlicher Senes-zenz war ab 6 Wochen nach der Infektion nicht mehr möglich. Die Beziehung zwischen F. graminearum DNA-Menge und Gesamt DNA stieg exponentiell bis vier Wochen nach der Inokulation an. Die Beziehungen zwischen F. graminearum DNA und Ertrag oder DON-Gehalt waren enger, wenn die DNA-Extraktion zwei Wochen nach der Inokulation erfolgte im Vergleich zu vier Wochen. Demzufolge scheint die Quantifizierung der pilzlichen DNA zur Schätzung der Schädigung von Weizen durch Fusarium-Arten in frühen Stadien der Krankheitsentwicklung von Vorteil zu sein. In der Mitte des Krankheitsverlaufes stellte die Befallstärke den besten Parameter zur Schätzung des DON-Gehaltes sowie des Ertrages dar. Der DON-Gehalt eignet sich insbesondere in der späten Krankheitsentwicklung, um das Ausmaß der Schädi-gung zu quantifizieren, da er problemlos in seneszentem Pflanzenmaterial bestimmt werden konnte. Eine Fungizidbe-handlung (Caramba, Folicur, Input) der infizierten Pflanzen zwei Tage vor oder zwei Tage nach der Blüte konnte den Ertrag im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle von ca. 6,5 auf 10 t ha⁻¹ steigern. Die Ertragseffekte fielen geringer aus, wenn die Fungizide vor oder nach diesem Zeitfenster appliziert wurden. Bei gleichem Applikationszeitpunkt, gleicher Befallsstärke sowie gleicher F. graminearum DNA-Menge beeinflußten die Fungizide den DON-Gehalt signifikant (P < 0,001), nicht jedoch den Ertrag (P = 0,734). Die Applikation von Folicur zur Blüte bewirkte eine Senkung des DON-Gehaltes im Korn von ca. 14 mg kg⁻¹ auf 9 mg kg⁻¹, wohingegen Caramba und Input den DON-Gehalt auf etwa 5 mg kg⁻¹ senken konnten.