English Title: Kinetic Release Factors of Ascospore Discharge of Venturia inaequalis (Cke.) Wint.

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Abstract

Ein Sensor-Prototyp zur Messung der kinetischen Energie des Regens wurde entwickelt und exemplarisch eingesetzt. Der Sensor basierte auf einem Lautsprecher als Schwingungsaufnehmer, der die Energie auftreffender Tropfen in elektrische Impulse umwandelte und auf einen Schreiber übertrug. Unterschiedliche Regenintensitäten waren anhand von Höhe und Dichte der Ausschläge unterscheidbar und mit den von der Wetterstation gemessenen Regenhöhen zu verifizieren. Ein käuflich erworbener Sensor für die kinetische Energie erwies sich als ungeeignet. Durch die Aufnahme und digitale Analyse von Schwingungsimpulsen in einem Audioprogramm mit unterschiedlichen Mikrofonlautsprechern konnte ein Tropfeneinschlag als Sinusimpuls mit hoher Anfangsamplitude und periodischem Ausschwingen definiert werden, dessen Frequenz etwa 156 Hz (trockenes Blatt) bzw. 91 Hz (nasses Blatt) betrug. Die durch die Membranen verursachten Artefakte wurden durch die Verwendung von Blättern als natürliche Schwingungsaufnehmer eliminiert. Hochwertige Mikrofone waren durch ihre indirekte Aufnahmeweise über Luftschall zur Schwingungsanalyse nicht geeignet. Die schnellste Nachreife von Ascosporen wurde durch abwechselnde Feuchte- und Trockenintervalle erreicht, die Temperatur war zwischen 4 und 20°C hierbei kein limitierender Faktor. Die sicherste Konservierungsmethode reifer Pseudothecien war die Tiefkühlung trockener Blätter bei –20°C, während die Lagerung bei 50 % rF und Temperaturwechseln zwischen 5 und 17°C zu Seneszenzerscheinungen bei der Sporenemission führte. Eine Konditionierung durch Inkubation benetzter Blätter für 14-16 h verminderte den Sporenausstoß und war die Voraussetzung für die hemmende Wirkung der Dunkelheit. Der Entwicklungszustand der Pseudothecien im Verlauf einer Primärsaison hatte keinen Einfluss auf das Sporenausstoßverhalten. Die Gegenüberstellung der Sporenflugaufzeichnungen im Freiland mit den Blattnässe-, Niederschlags- und Temperaturdaten zeigte den Einfluss von Regenfällen auf die Dauer des Sporenausstoßes und die erneute Induktion in Blattnässephasen, nicht aber Auswirkungen der Regenintensität auf den Sporenflugbeginn und keine Sporenausschleuderungen in Tauperioden. Die Lichtabhängigkeit der Sporenemission wurde im Freiland und in Klimakammerversuchen bestätigt. Kinetische Reize durch bewegtes Wasser induzierten eine starke und dauerhafte Sporenemission und überwanden die Hemmwirkungen durch Dunkelheit und Konditionierung. Geschwindigkeiten von 3 mm/s bewirkten sowohl bei linearer wie oszillierender Strömung eine maximale Ausstoßrate. Die Beschallung unter Wasser getauchter Blätter mit Sinusschwingungen im Infraschallbereich (5-15 Hz) versetzte das Wasser in erzwungene Schwingungen, die die Ascosporenausschleuderung induzierten. Keine Induktion wurde durch Beschallung mit Impulsen, Frequenzen oberhalb von 50 Hz oder durch Schallübertragung über die Luft erreicht. Maximale Ascosporenemission durch kurze Reizeinwirkung erfolgte nach einer 30-minütigen Quelldauer ohne Zeitverzögerung und ohne Nachwirkung. Die Sporenfreisetzung war unabhängig von Luftbewegungen. Die Benetzungsvarianten durch Tauchen, künstlichen Nebel oder Tropfen erwiesen sich als gleichwertig bei der Induktion der Sporenemission. Blattnässe alleine war im Gegensatz zu kontinuierlicher Tropfbenetzung als Reiz für lang anhaltenden Sporenausstoß nicht ausreichend. Bei Tropfbenetzung unter Laborbedingungen waren die Sporenmengen im Ablaufwasser bis zu fünfmal höher und bei starkem natürlichen Regen bis zu zweimal höher als der Anteil der Sporen im Luftkompartiment. Die Ascosporenmengen im Spritzwasser überstiegen nie den Sporenanteil im Luftkompartiment. Das Ionenmilieu, der pH Wert, Blattextrakte, Detergenzien, Proteinase K, Staurosporin, Harnstoff, Ammoniumsulfat, Pyrimethanil, membrankanalbildende Antibiotika, Inhibitoren von Membrantransportproteinen, Transkription und Replikation beeinflussten die Sporenemission nicht. Eine Hemmung der Ascosporenemission wurde durch Inhibitoren der Atmungskette (Kresoxim-methyl, Azid), der ATP-Synthese (Oligomycin, Azid), der Translation in Mitochondrien (Chloramphenicol) und durch die osmotisch aktiven Verbindungen Saccharose, Glycerin, Mannit und Sorbit ab Konzentrationen von 0,15 M erreicht.

Translation of abstract (English)

A sensor prototype for detecting kinetic energy of rain drops was developed and successfully applied. The sensor basically consisted of a loudspeaker system receiving the kinetic energy of impacting raindrops and transforming it into an electric impulse which was recorded. Various rain intensities could be identified by height and number of peaks and could be verified by rain amounts. A commercial electronic sensor turned out to be unsuitable for recording the rain kinetic energy. Recording of vibrations with different loudspeaker systems and digital analyses showed that an impacting raindrop created a first impulse followed by a periodic vibration of 156 Hz (dry leaf) and 91 Hz (wet leaf), respectively. Leaves as natural impact surfaces prevented artefacts produced by the loudspeaker membranes. High-quality studio microphones proved to be unsuitable for vibration analysis by recording the sound indirectly. Maturation of ascospores was enhanced by alternating dry and wet intervals. Temperature between 4 and 20°C was no limiting factor. Freezing of dry leaves at –20°C proved to be the best way to store mature pseudothecia, while the storage at 50% relative humidity and within temperatures between 5 and 17°C led to senescence. Preconditioning of pseudothecia by wetting and incubating the leaves for 14-16 h led to decreased spore discharge and was necessary for the inhibition of spore discharge by darkness. The phenological stage of pseudothecia during spring had no influence on ascospore release. Comparing natural ascospore release periods with the weather variables leaf wetness, rain and temperature indicated the influence of rain on duration of discharge and renewed induction after leaf wetness periods but there was no proof of any effects of rain intensity on the beginning of spore discharge or discharge during dew. The stimulating effect of light on ascospore discharge was confirmed by field recordings and controlled environment studies. Kinetic triggers by water currents induced a strong and continuous spore release and were able to overrule the inhibiting influence of preconditioning and darkness. Linear and oscillating water currents of 3 mm/s stimulated maximum spore discharge. Sound pressure treatment of submerged leaves with sinus vibrations of frequencies below 15 Hz resulted in periodic movement of the water which was able to induce ascospore discharge. No significant spore discharge was observed after sound pressure treatment with vibrations above 50 Hz, impulses or by sound transmission by air. Maximum spore discharge followed short triggers after 30 min soaking in water without delay or after-effect. Ascospore release was independent of air movements. Wetting by dipping, artificial mist or drops was equivalent in inducing spore discharge. Leaf wetness was not sufficient to trigger continuous spore discharge in contrast to wetting by drops. Water draining from the leaves during wetting by drops and natural rain contained up to five times and two times more spores as the air, respectively. Ascospores in splash droplets never exceeded the spore amount in the air. Ion concentration, pH, leaf extracts, detergents, proteinase, staurosporin, urea, ammonium sulfate, pyrimethanil, channel forming antibiotics, inhibitors of membrane transport proteins, transcription or replication did not influence spore discharge. Inhibition of spore release was achieved by inhibitors of the respiratory chain (kresoxim-methyl, azid), ATP synthesis (oligomycin, azid), translation in mitochondria (chloramphenicol) and by the osmotic active substances sucrose, glycerol, mannitol and sorbitol beginning with concentrations at 0,15 M.