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Agrarforschung

Untersuchung zur Züchtung von Maissorten mit verbesserter Resistenz gegen Maiszünslerbefall unter Berücksichtigung der Restpflanzenverdaulichkeit

Universität Hohenheim
Institut für Pflanzenzüchtung, Saatgutforschung und Populationsgenetik
A.E. Melchinger, D. Klein, R.C. Kreps                                    
1995 - 1998

Einleitung

Der europäische Maiszünsler ( Ostrinia nubilalis H.) ist einer der Hauptschädlinge des Mais ( Zea mays L.) und kann vor allem im Körnermais- und Süßmaisanbau bedeutende Schäden verursachen. Der Bohrfraß der Zünslerraupe im Stengel und Kolben mindert den Ertrag der Maispflanze und kann zum Umknicken der durchbohrten Stengel und Abbrechen der Kolben führen. Bei Körnermais wurden in Baden-Württemberg Ertragseinbußen von 30 dt/ha und mehr beobachtet. Eine direkte Bekämpfung des Maiszünslers ist mit biologischen und chemischen Präparaten möglich, die einfachste und wirksamste Methode ist jedoch die Verbesserung der Resistenz (natürliche Widerstandskraft) der Maispflanze. Neben dieser natürlichen, quantitativ vererbten Zünslerresistenz gibt es bei Mais bereits transgene Maishybriden, kurz Bt -Mais genannt, die seit 1998 für den Anbau in Frankreich zugelassen sind. Es besteht jedoch die Gefahr, daß die monogen vererbten Bt -Resistenzgene rasch vom Schadinsekt überwunden werden. Daher stellt die Verbesserung der natürlichen Resistenz durch konventionelle Pflanzenzüchtung eine wichtige Ergänzung zur Nutzung transgener Resistenzquellen dar.

Fragestellungen

Für das in Europa genutzte frühreife Maiszuchtmaterial gibt es kaum Informationen über die Maiszünslerresistenz. Ziele des Projektes waren daher die Evaluierung der Maiszünslerresistenz bei Mais in adaptiertem Genmaterial und die Entwicklung neuen Maiszuchtmaterials mit verbesserter Resistenz gegen den Maiszünsler und gleichzeitig guter Verdaulichkeit der Restpflanze im Hinblick auf die Nutzung als Silomais. Im Rahmen dieses Projektes wurden die folgenden Fragestellungen untersucht:

  1. Wie hoch sind die durch den Maiszünsler verursachten Ertragsverluste in derzeit aktuellem Maiszuchtmaterial bei natürlichem und künstlichem Befall?
  2. Wie groß sind die genetischen Unterschiede für Maiszünslerresistenz in adaptiertem Genmaterial? Muß auf nicht-adaptiertes, resistentes Genmaterial zurückgegriffen werden (US Corn Belt Linien oder tropische Inzuchtlinien)?
  3. Wie wird die Maiszünslerresistenz vererbt und wie stark wird sie von Umweltbedi ngungen beeinflußt?
  4. Welche Beziehung besteht zwischen Linieneigen- und Testkreuzungsleistung für die untersuchten Resistenzmerkmale?
  5. Beeinflußt die Verbesserung der Maiszünslerresistenz die Restpflanzenverdaulichkeit von Inzuchtlinien und Hybriden?
  6. Welche züchterische Vorgehensweise ist am besten geeignet zur Entwicklung von Maiszuchtmaterial und -hybriden mit verbesserter Maiszünslerresistenz im zentrale uropäischen Zuchtmaterial?
Material und Methoden

Zur Erforschung dieser Problemstellung wurden drei Experimente durchgeführt. In den Jahren 1996 und 1997 wurden acht Maissorten und sechs Experimentalhybriden in insgesamt 11 bzw. 6 Umwelten geprüft (Experiment 1). Für ein Linienscreening wurden 1993 in einem zweiortigen Feldversuch 115 Maisinzuchtlinien verschiedenster europäischer Herkünfte angebaut. Hiervon wurden 41 zufällig ausgewählte Inzuchtlinien erneut 1994 zweiortig geprüft (Experiment 2). Testkreuzungshybriden dieser Linien wurden 1996 in einem dreiortigen Experiment untersucht (Experiment 3). In allen Experimenten wurden die agronomischen Eigenschaften der Prüfglieder in insektizidgeschützten Parzellen bestimmt. Die Resistenz wurde nach künstlicher Infestierung mit Insektenlarven anhand einer Schadensbonitur des Stengels, des Fraßschadens im Stengel (Fraßganglänge) und des Ertragsverlustes ermittelt.

Ergebnisse

In Experiment 1 lag der Maiszünslerbefall in sechs Umwelten über der ökonomischen Schadensschwelle. Dort verringerte sich der Kornertrag der Sorten um 23% für jede mit Maiszünsler befallene Pflanze und jede Maiszünslerraupe verursachte einen Ertragsverlust von durchschnittlich 26%. Keine der untersuchten Sorten wies eine deutliche Maiszünslerresistenz auf. Jedoch konnten deutliche Unterschiede zwischen den Experimentalhybriden, die aus Kreuzungen zwischen resistenten und anfälligen Elternlinien hervorgingen, gefunden werden.

In den Experimenten 2 und 3 wurde im untersuchten europäischem Maiszuchtmaterial eine signifikante genetische Varianz für alle Resistenzmerkmale festgestellt. Es wurden Linien mit geringer Ertragsreduktion, niedriger Schadensbonitur des Stengels und wenig Fraßschaden im Stengel gefunden. Darüber hinaus wiesen die drei Resistenzmerkmale eine hohe Erblichkeit auf, d.h. der Einfluß der Umweltbedingungen auf die Höhe der Resistenz ist gering.

Bis auf die Schadensbonitur des Stengels und die Ertragsreduktion in Experiment 1 wurden in allen weiteren Experimenten nur mittlere Korrelationen zwischen den Resistenzmerkmalen ermittelt. Die Korrelation der Schadensbonitur des Stengels zwischen Linien- und Testkreuzungsleistung war eng in Flint- und Dentformenkreis. Auf Linien- und Testkreuzungsniveau zeigten spätreife Maisgenotypen tendenziell eine erhöhte Maiszünslerresistenz. Die in-vitro Verdaulichkeit der Restpflanze und der Ertrag waren nicht signifikant korreliert mit den Merkmalen der Zünslerresistenz.

Schlußfolgerungen : Strategien zur Verbesserung der Zünslerresistenz in Hybridmais

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, daß es im frühreifen europäischen Maisgenpool ausreichend genetische Variabilität für eine Verbesserung der Maiszünslerresistenz gibt. Eine Verwendung von nicht-adaptiertem Genmaterial ist daher nicht zwingend erforderlich. Basierend auf den hier ermittelten zuchtmethodischen Parametern schlagen wir daher beim Second-Cycle-Breeding zur Verbesserung der Zünslerresistenz ein mehrstufiges Selektionsverfahren vor. (1) Die Schadensbonitur des Stengels sollte auf Linienniveau als Hauptkriterium zur Beurteilung der Resistenz gegen den Maiszünsler dienen. Linienprüfungen könnten mit wenigen Wiederholungen und Umwelten bei massiver künstlicher Infestierung durch Maiszünslerraupen durchgeführt werden. (2) Selektierte Linien sollten in einem „Early-testing„ mit einem oder zwei Testern aus dem anderen Formenkreis auf ihre Kombinationsfähigkeit für Ertrag und andere agronomische Eigenschaften geprüft werden. (3) Nach zwei bis drei Generationen kontinuierlicher Selbstung und Selektion auf Linienniveau, sollten Testkreuzungen von S 3 - oder S 4 -Linien hergestellt werden, um ihre Kombinationseignung für den Ertrag, den Ertragsverlust, die Fraßganglänge und die Schadensbonitur des Stengels unter massiver künstlicher Infestierung mit Maiszünslerraupen zu prüfen. (4) Abschließend werden Testkreuzungen von wenigen vielversprechenden Inzuchtlinien auf Ertrag und Ertragsverlust in einer Vielzahl von Umwelten mit massivem natürlichen Auftreten des Maiszünslers und unter künstlicher Infestierung von Zünslerlarven selektiert. Getrennte Zuchtprogramme bei der Entwicklung von Körner- und Silomais sind nicht notwendig, da eine negative Beeinträchtigung der Restpflanzenverdaulichkeit bei einer Selektion auf Zünslerresistenz aufgrund der geringen Korrelation zwischen beiden Merkmalskomplexen nicht zu erwarten ist.

 

Fördernde Institution:    MLR

Förderkennzeichen: 34-94.9 (vermutet)  




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