Secondary menu

Op weg naar een Erwinia-vrije pootgoedteelt

15/01/2006 - Henk Velvis, Jan van de Haar & Jan van der Wolf - HZPC Research en Plant Research International

Waar gaat dit over?

De laatste jaren zijn er toenemende problemen in de pootaardappelteelt met de bacterieziekten zwartbenigheid en stengelnatrot, veroorzaakt door Erwinia’s. Een dieptepunt was 2003, toen 15,8% van het areaal pootgoed door de NAK werd verlaagd vanwege bacterieziek (Erwinia), waarvan 4% afgekeurd. In 2005 was de schade nog groter en werd 20,6% verlaagd, waarvan 5% afgekeurd. De toename van het areaal verlaagd in 2005 is vrijwel geheel toe te schrijven aan de verlagingen in de klasse E2, die vanaf dit jaar weer onderdeel uitmaakt van het afkapschema.

De zorg over de toename van het Erwinia-probleem heeft geleid tot een onderzoeksproject "Bacterievrije pootgoedteelt – een uitdaging", dat gestart is in 2004. Dit project is een initiatief van en wordt gefinancierd door LTO Nederland, HPA, NAO, Agrico, Averis, HZPC, Meijer, Van Rijn en de NAK, mede mogelijk gemaakt door een bijdrage van de Europese Unie en de provincie Flevoland. Het onderzoek wordt uitgevoerd door HZPC Research (Metslawier) en Plant Research International (Wageningen). De verschillende handelshuizen en de NAK zijn nauw bij de uitvoering betrokken.

Het project beoogt meer inzicht te krijgen in de wijze waarop pootgoed besmet raakt, en effectieve strategieën te ontwikkelen waarmee de problemen beheerst kunnen worden. In dit artikel wordt kort ingegaan op de huidige stand van kennis over bacterieziekten veroorzaakt door Erwinia’s. Tevens wordt een samenvatting gegeven van de resultaten van de enquête die in 2004 gehouden is onder een groot aantal pootgoedtelers, ter voorbereiding van het project. Verder wordt de inhoud van het project beschreven en worden de eerste resultaten vermeld.

Huidige stand van kennis

Deze bacterieziekten kunnen worden veroorzaakt door twee bacteriesoorten, Erwinia carotovora subsp. atroseptica (Eca) en E. chrysanthemi (Ech). De huidige problemen lijken vooral door Ech te worden veroorzaakt. Deze bacterie groeit beter bij hogere temperaturen dan Eca. Er is weinig bekend over het gedrag van Ech in Nederlandse teeltsystemen. Onze huidige kennis is vooral afkomstig van onderzoek dat uitgevoerd is met Eca.
Recent onderzoek heeft sterke aanwijzingen gegeven dat er nog een derde soort, nl. E. carotovora subsp. carotovora (Ecc), bacterieziekte in het veld kan veroorzaken (onderzoek NAK en PRI). Van deze soort was wel bekend dat deze tijdens de bewaring knolrot kan geven, maar niet dat Ecc in ons klimaat symptomen in het veld kan veroorzaken. Er worden echter regelmatig bacteriezieke planten gevonden waarin alleen Ecc aangetoond wordt. Verder gaven knollen die opzettelijk waren besmet met Ecc in het veld, planten met verwelkingsymptomen te zien. Overigens geven niet alle Ecc-isolaten (varianten) symptomen te zien; blijkbaar is er een gespecialiseerde groep Ecc-isolaten die mogelijk ziekteverwekkend is in aardappel.
De vraag is hoe Erwinia's schoon pootgoed kunnen besmetten. De bacterie kan slecht in grond overleven (maximaal 9 maanden) en besmettingen via de grond lijken daarom onwaarschijnlijk. Pootgoed kan ook vanuit de lucht geïnfecteerd raken, door neerslag van besmet regen- of irrigatiewater of door besmette aerosolen die met name tijdens loofvernietiging ontstaan. Verder zijn besmette machines en materialen die tijdens teelt, oogst, sortering en opslag gebruikt worden potentiële infectiebronnen. Minder waarschijnlijk, maar niet uitgesloten, zijn contactbesmettingen via insecten, mens, dier of vanuit onkruiden.
Als pootgoed éénmaal besmet is, kunnen Erwinia -populaties zich tijdens het groeiseizoen sterk opbouwen. Vooral de aanwezigheid van vrij water rond de knol bij hevige neerslag of verslemping van gronden is gunstig voor de ontwikkeling van de ziekte. Hierdoor krijgt de knol zuurstofgebrek en wordt de weerstand van de knol ondermijnd. De temperatuur bepaalt in sterk mate welke Erwinia-soort gaat domineren. De ziekte-ontwikkeling wordt verder beïnvloed door de grondsoort en de bemesting, maar deze zijn van minder belang dan neerslag en temperatuur.
De bacterie zal zich vanuit de moederknol vooral via de vaten van de plant naar de dochterknollen verspreiden. Een hoog percentage van de knollen is dan ook aan het naveleinde besmet. Ook kan de bacterie vanuit de rottende moederknol via vrij water in de grond naar dochterknollen verspreid worden. Lenticellen staan onder vochtige omstandigheden open en vormen een makkelijke invalspoort voor de bacteriecellen.
Versmering van pootgoed vindt vooral plaats tijdens machinale oogst en sortering. Erwinia's zijn massaal aanwezig in rottende knollen, die moeilijk allemaal tijdens oogst en sortering verwijderd kunnen worden. Vooral in combinatie met knolbeschadigingen is deze versmering gevaarlijk. De bacterie overleeft relatief lang in diepere wonden, maar slechts kort op de schil van een intacte knol.
Als de knollen maar onder de juiste condities bewaard worden, zullen de populaties Erwinia's eerder afnemen dan toenemen. Alleen de bacteriën die op beschermde plaatsen zitten (vaatweefsel, lenticellen en wonden) hebben kans de bewaring te overleven.
De beheersing van bacterieziekten vindt in de praktijk plaats door het gebruik van snelle vermeerderingstechnieken, door certificering en door het afkapsysteem. Er is wel onderzoek gedaan naar gebruik van fysische ontsmettingsmethoden en chemische en biologische bestrijdingsmiddelen, maar deze worden niet of nauwelijks in de praktijk gebruikt. De methoden hebben in het algemeen slechts gedeeltelijk effect, omdat de bacteriën die verantwoordelijk zijn voor de ziekte, veelal beschermd zijn in het plantenweefsel. Er zijn helaas geen effectieve systemische middelen beschikbaar die de Erwinia's in de vaten van de planten kunnen doden.

Samenvatting enquête 2004

Voorafgaand aan het project, in 2004, is een enquête gehouden onder 300 pootgoedtelers, verspreid over heel Nederland. Daarin is getracht een beeld te krijgen van de ernstige problemen met bacterieziekte die zich in 2003 hadden voorgedaan. In de enquête werden 100 vragen aan de telers voorgelegd, die betrekking hadden op percelen met veel en percelen met weinig tot geen problemen in 2003. Deze vragen betroffen de teeltomstandigheden en wijze van bedrijfsvoering tijdens de seizoenen 2002 en 2003. Op deze manier werd getracht verschillen te ontdekken die mogelijke aanknopingspunten zouden kunnen opleveren voor verder onderzoek. Hoewel de verschillen veelal niet significant waren, zijn er uit de enquête wel bepaalde trends af te leiden, waarvan de belangrijkste hier worden vermeld. Aangegeven is wanneer de verschillen significant waren.
Van de drie grootste rassen, Desiree, Kondor en Spunta, gaf Kondor de meeste problemen.
Tijdens het seizoen 2003 waren er iets meer problemen bij:

  • teelt op zandgrond;
  • een later ruimend gewas als voorvrucht;
  • versmering in de partij tijdens bewerkingen vóór het poten;
  • het optreden van extreem veel neerslag vóór de symptoomontwikkeling (daarbij werden ook meer planten uitgeselecteerd). De hoeveelheid neerslag kort voor of na de rugopbouw bleek overigens niet van invloed.

Iets minder problemen traden op bij:

  • hogere stikstofgiften (>125 kg/ha); dit kan te maken hebben met maskering van het probleem;
  • voorgekiemd materiaal;
  • bij voorkiemen in kiemzakken;
  • uitgangsmateriaal dat voor het poten langer buiten de koeling had gestaan.

T.a.v. het uitgangsmateriaal uit 2002, en de omstandigheden waaronder dit geteeld is, is er ook een aantal positieve en negatieve trends. Iets meer problemen in 2003 wanneer:

  • er tijdens de teelt in 2002 meer bacteriezieke planten werden aangetroffen (significant);
  • er in 2002 sprake was van extreme neerslag;
  • er in 2002 na extreme regenval meer rotte knollen werden aangetroffen (significant);
  • er in 2002 eerder gestart werd met loofvernietiging (significant), waardoor mogelijk een gewas is gerooid dat minder schilvast was en waarin de moederknollen versmering hebben gegeven;
  • er in 2002 meer rotte moeder- en dochterknollen aanwezig waren bij oogst en verdere verwerking (significant).

Iets minder problemen traden op in 2003 wanneer:

  • er in 2002 een hogere N-gift was gegeven; dit strookt overigens niet met de gewassituatie rond loofvernietiging, waarbij het gewas rijper was op het perceel met de minste problemen;
  • er gebruik gemaakt was van in vitro-vermeerdering;
  • er in 2002 was loofgetrokken, waardoor mogelijk de moederknol werd kapotgetrokken en er zo sprake was van minder versmering bij oogst.

Samengevat: de basis voor de problemen in 2003 is ontstaan in 2002. Meer bacteriezieke planten en rotte (moeder)knollen leiden tot meer versmering over de hele partij. Vooral de weersomstandigheden hebben echter een groot effect gehad op het tot uiting komen van de problemen. In 2003 waren de weersomstandigheden gunstig voor ontwikkeling van symptomen, waardoor ook bij partijen met een lage besmettingsgraad, waar de bacterie alleen latent aanwezig was, de bacterieziekte zich kon manifesteren. Dit verklaart waarschijnlijk ook dat veel telers in de enquête aangaven geen idee te hebben hoe de ziekte er in gekomen was. Omdat versmering als een rode draad door alles heenloopt, is hygiëne erg belangrijk. Maatregelen worden wel genomen wanneer deze praktisch en eenvoudig uitvoerbaar zijn, b.v. een aangepaste werkvolgorde waarbij als eerste de hoogste klasse wordt geplant, zodat er minder risico is op bacterieoverdracht tijdens het planten. De meer tijdrovende hygiënische maatregelen, zoals het ontsmetten van machines, worden door de telers veelal niet of ten dele uitgevoerd.

Bacterievrije pootgoedteelt - een uitdaging!

Hoewel uit de literatuur al veel bekend is van de ecologie van Erwinia's, is het belang van de verschillende infectiebronnen en infectieroutes nog onbekend. Ook is het de vraag of de beschikbare gegevens over de 'zwartbeenvariant' (Eca) direct vertaald mogen worden naar de situatie voor de 'stengelnatrotvariant' (Ech). Een beter begrip is belangrijk voor de ontwikkeling van een effectieve beheersstrategie.
In 2005 is daarom gestart met een onderzoeksproject naar de ecologie en beheersing van Erwinia's. De nadruk valt daarbij op Ech. De aanwijzingen die uit de enquête gekomen zijn, zijn mede bepalend geweest voor de keuzes van de onderwerpen. Met behulp van gevoelige detectiemethoden zullen bacteriepopulaties worden gevolgd. De volgende vragen komen aan de orde:

  • Hoe komen de eerste besmettingen in aanvankelijk schoon pootgoed tot stand? Hierbij wordt d.m.v. experimenteel onderzoek, bedrijfsbezoeken en interviews gericht gezocht wanneer en waar Erwinia's de stamselectie binnenkomen;
  • Hoe raakt een steeds groter percentage van het pootgoed besmet? Een belangrijke deel van dit onderzoek richt zich op de rol van rottende moeder- en dochterknollen bij de verspreiding;
  • Hoe kan de ziekte beheerst worden via hygiënische en teeltmaatregelen en mogelijk via het gebruik van bestrijdingsmiddelen? In dit onderdeel wordt gekeken naar het effect van voorkiemen, het tijdstip en de wijze van loofvernietiging, en de wijze van machinaal oogsten op de aanwezigheid van rotte knollen en de mate van versmering. Verder worden contactmiddelen onderzocht op geschiktheid om knollen, machines en materialen te desinfecteren;
  • Wat is de waarde van de huidige keuringssystematiek in de beheersing van Erwinia's? Dit wordt bepaald m.b.v. een "demonstratieproject", waarbij partijen een aantal jaren door NAK worden getoetst met de huidige methodiek (enrichment ELISA) en worden gevolgd d.m.v. veldkeuringen.

Activiteiten bacterieproject in 2005

In 2005 is met name aandacht besteed aan toetsontwikkeling, aan initiële besmetting, en aan populatie-ontwikkeling en sympoomexpressie van Erwinia.

Toetsontwikkeling

Globaal zijn er drie manieren waarop Erwinia's in de plant kunnen worden aangetoond. In de eerste plaats de enrichment-ELISA-methodiek. In deze methode worden de bacteriën vanuit de plantenextracten eerst opgekweekt in een vloeibaar groeimedium en daarna aangetoond in een serologische toets (ELISA) met specifieke antistoffen tegen verschillende Erwinia's. Het al of niet aanwezig zijn van de bacterie kan daarmee gevoelig worden aangetoond, maar de methode geeft geen inzicht in de aantallen aanwezige bacteriën.
Daarnaast is er de IFC-methodiek, waarbij kolonies van de bacterie uit plant- of knolextracten gekweekt worden, die eveneens m.b.v. specifieke antistoffen worden gekleurd. Door de kolonies te tellen wordt een indruk verkregen van de aantallen aanwezige bacteriën. Zowel met enrichment-ELISA als met IFC kunnen alleen Eca en Ech specifiek worden aangetoond, voor Ecc zijn er geen goede antistoffen beschikbaar.
Tot slot is er de PCR-methode, waarin karakteristieke stukjes erfelijk materiaal (DNA) uit de gezochte bacteriën vele malen worden vermeerderd. Het product daarvan kan op een gel zichtbaar worden gemaakt. Tegenwoordig is ook een PCR-methodiek beschikbaar waarmee kwantitatieve gegevens kunnen worden verkregen. Voor de uitvoering van een PCR zijn zeer specifieke "primers" nodig, waarmee voor elke Erwinia-soort karakteristieke stukjes DNA uit het bacteriegenoom worden geknipt. Zowel aan de optimalisatie van de IFC-techniek als aan de ontwikkeling van primers voor de PCR-methode is in 2005 aandacht besteed. Er zijn wel specifieke primers voor Eca en Ech ontwikkeld, maar helaas niet voor Ecc. Dit deel van het onderzoek zal in 2006 een vervolg krijgen.

Initiële besmetting

Een van de vragen in het bacterieproject is wanneer en op welke manier nu eigenlijk de allereerste infectie tot stand komt. Eén van de eerste zaken waar naar is gekeken, is of miniknollen schoon zijn. Partijen miniknollen van de dertig grootste rassen zijn getoetst op de aanwezigheid van de Erwinia-soorten Eca en Ech. De partijen bleken geen aantoonbare besmetting te bevatten. In 2006 zal dit opnieuw worden getoetst, terwijl tevens uitgangsmateriaal van de traditionele stammenteelt zal worden onderzocht.
Bij een drietal van deze partijen miniknollen, te weten Desirée, Kondor en Spunta, wordt de ontwikkeling verder gevolgd bij ontvangende pootgoedtelers. Voor elk ras doen twintig telers mee. Deze telers zijn gevraagd de teeltgegevens zo nauwkeurig mogelijk bij te houden, en zodra zich bacterieproblemen voordoen dit meteen te melden. In 2005 heeft zich nog niemand met problemen gemeld. De nateelt wordt uiteraard weer getoetst op Erwinia. Door dit gedurende een viertal jaren te volgen wordt geprobeerd te traceren wanneer de eerste infecties optreden, en door welke oorzaken die tot stand komen.

Populatie- en symptoomontwikkeling van Erwinia

Een onderdeel waaraan in 2005 veel aandacht is besteed, is een veldproef waarin de populatie- en symptoomontwikkeling van Erwinia bij verschillende besmettingsniveaus nauwkeurig is gevolgd. Gezien de arbeidsintensiviteit is deze proef uitgevoerd met één ras: Kondor. Het pootgoed is besmet met twee verschillende concentraties van Eca en Ech. De poters zijn onder vacuüm geïnfiltreerd met suspensies van ongeveer 104 (laag) en 107 (hoog) bacteriën per ml. Tijdens de loofontwikkeling is met enrichment-ELISA op meerdere momenten de Erwinia-besmetting van individuele planten bepaald in mengmonsters van stengels, stolonen en dochterknollen (naveleinden). Bij een positieve uitslag is vervolgens met IFC de dichtheid van de bacterie bepaald in de verschillende plantonderdelen. Tevens is het wegrotten van de moederknollen bijgehouden. Vervolgens is de besmetting van de dochterknollen op twee rooitijdstippen bepaald, respectievelijk twee en acht weken na loofvernietiging. In de proef zijn drie varianten van loofvernietiging toegepast: (1) geen, (2) doodspuiten en (3) handmatig looftrekken.

In figuur 1 wordt zowel de symptoomontwikkeling als de besmettingsgraad van de planten, zoals bepaald met enrichment-ELISA, voor de verschillende behandelingen weergegeven.

Figuur 1. Verloop van de ziekte-ontwikkeling en van de besmettingen van planten, zoals gemeten met ELISA, na besmetting van pootaardappelen met E. carotovora subsp. atroseptica (Eca) en Erwinia chrysanthemi (Ech) in twee concentraties.

Pas na de warme periode van eind juni blijkt de ontwikkeling van Erwinia goed op gang gekomen te zijn. Met name de latente besmetting van de planten nam zeer sterk toe. In de met Eca behandelde veldjes bleek begin juli 90 tot 100% van de planten besmet. De symptoomontwikkeling bleef hier sterk bij achter. Bij de laagste Eca-concentratie werden pas tegen het eind enkele planten met symptomen gevonden. In de met Ech behandelde veldjes was de ontwikkeling anders. De latente besmetting nam hier minder sterk toe, en het verschil met de symptoomontwikkeling was ook kleiner. Het percentage latent besmette planten lag hier uiteindelijk tussen de veertig en zeventig procent. Opvallend bij Ech was verder dat juist bij de laagste Ech-concentratie de meeste planten besmet bleken. De oorzaak hiervan is niet bekend. Uit deze gegevens wordt duidelijk dat, zelfs al worden in het veld geen of weinig bacteriezieke planten aangetroffen, er toch een aanzienlijke interne (latente) besmetting aanwezig kan zijn. Bij loofbeschadiging bestaat er dan dus ook een potentieel risico van ziekteverspreiding.
De mate van besmetting van de diverse plantdelen kon alleen voor Eca worden bepaald. Door de manier waarop de IFC-methode is uitgevoerd, bleek achteraf een adequate onderscheiding van Ech-kolonies in de IFC-preparaten niet mogelijk. De verdeling van Eca over stengels, stolonen en knollen, is in figuur 2 in beeld gebracht.

Figuur 2. Toename van de concentraties Erwinia carotovora subsp. atroseptica (Eca) tijdens dhet groeiseizoen in stengel, stolon en knol van planten die geïnoculeerd zijn met hoge concentraties Eca.

De besmetting bleek gemiddel in stolonen wat hoger dan in stengels. Al vrij kort na het begin van de knolvorming bleken ook de dochterknollen al geïnfecteerd te raken. Vanuit het naveleind kunnen de dochterknollen dan in de loop van de tijd beginnen in te rotten (zie afbeelding).

Afbeelding. Een gezonde knol en een knol die vanuit het naveleinde begint te rotten.

De mate van moederknolrot is bepaald door de moederknol door te snijden en het percentage rottend oppervlak van de doorsnee te schatten. In Figuur 3 is het verloop van de moederknolrot gedurende het groeiseizoen weergegeven.

Figuur 3. Verloop van het percentage rottende moederknollen tijdens het groeiseizoen van planten besmet met lage en hoge dichtheden E. carotovora subsp. atroseptica en E. chrysanthemi.

Er bleek geen verschil tussen de controle en de Erwinia-behandelingen. Van de moederknollen resteerde op de twee rooidata meestal niet meer dan een velletje. Deze zullen geen gevaar voor versmering opleveren. Soms was er nog een rottende moederknol aanwezig. Het aantal hiervan verschilde overigens niet tussen de diverse behandelingen of wijzen van loofvernietiging. Het aantal teruggevonden moederknollen nam bij uitstel van het rooien verder af.
Er werd wel een verschil in de mate van dochterknolrot gevonden (figuur 4).

Figuur 4. Percentage rottende dochterknollen bij de rooi (A4 en A7 - Moederknollen geïnoculeerd met 104 en 107 cellen/ml van E. carotovora subsp. atroseptica, C4 en C7 - Moederknollen geïnoculeerd met 104 en 107 cellen/ml van E. chrysanthemi.

Bij de oogst lag het aantal planten met rotte dochterknollen beduidend hoger in het object Eca dan in het object Ech. Dit terwijl het aantal symptoomplanten bij Ech juist hoger lag. Het lijkt erop dat Ech zich meer in het loof nestelt en minder in de knol. Helaas kon dit, door het ontbreken van de Ech-tellingen, niet met IFC-gegevens bevestigd worden. Een aanwijzing voor de juistheid van deze veronderstelling valt wel af te leiden uit de besmetting van de gerooide dochterknollen, zoals bepaald met enrichment-ELISA (figuur 5).

Figuur 5. Percentage planten waarvan besmette dochterknollen zijn gerooid (2 rooidata), zoals bepaald met ELISA.

De besmetting van de dochterknollen met Ech op de eerste rooidatum, twee weken na loofdoding, is relatief laag t.o.v. de besmetting van de hele plant vlak vóór loofdoding (zie figuur 1). Bij Eca is dat verschil veel kleiner. Op de tweede rooidatum is de besmetting van de dochterknollen verder afgenomen.
De hier weergegeven resultaten hebben, zoals gezegd, betrekking op één ras. Bepaalde effecten kunnen rasgebonden zijn. In 2006 zal deze veldproef, in iets gewijzigde opzet, met twee verschillende rassen herhaald worden.

Samenvatting resultaten 2005

  • Er zijn gevoelige detectiemethoden voor Erwinia beschikbaar, maar met name voor Ecc zijn deze óf niet geschikt óf nog te weinig specifiek;
  • Het in-vitro-uitgangsmateriaal voor de stammenteelt lijkt vrij te zijn van de belangrijkste Erwinia-soorten, Eca en Ech (zwartbeen/stengelnatrot). Een onderzoek naar bronnen van eerste (initiële) infectie is gestart bij een aantal stammentelers, en zal de komende jaren worden voortgezet;
  • Uit een veldproef met één ras (Kondor) en met verschillende besmettingsniveaus van Erwinia bleek dat, zelfs bij weinig symptomen in het veld, toch de meeste planten latent geïnfecteerd raakten. Bij Ech was dit verschil tussen symptomen en latente infectie minder groot dan bij Eca. Bij geïnfecteerde planten raakten ook de dochterknollen al vrij snel besmet;
  • Het wegrotten van de moederknollen verschilde niet tussen de diverse behandelingen en de controle zonder Erwinia;
  • Het aanvankelijke besmettingsniveau bepaalt bij Eca wel de hoeveelheid planten en knollen met symptomen, maar niet de aantallen planten en knollen die latent geïnfecteerd raken;
  • Looftrekken of doodspuiten leidde niet tot verschillen in aantallen teruggevonden moederknollen op twee rooidata;
  • In de dochterknollen trad bij Eca meer rot op en waren er meer knollen latent besmet dan bij Ech. Het lijkt erop dat Ech zich meer nestelt in het loof dan in de knol. Bij langer verblijf in de grond neemt de latente infectie in de dochterknollen af.

Plannen voor 2006 en daarna

Het onderzoek naar toetsmethodieken, initiële besmetting en naar het besmettingsverloop zal in 2006 worden voortgezet. Tevens zal in 2006 en volgende jaren nader worden gekeken naar versmeringseffecten via loofvernietiging en rooimachines, naar effecten van verschillende bewaaromstandigheden, afrijping, en manieren van bestrijding.