Die Übertragung des Krankheitserregers vom infizierten zum nicht infizierten Individuum ist ein Kernaspekt im Zusammenspiel von Insekten und ihren Pathogenen. Dabei kann die innige Beziehung zwischen Wirten und ihren Krankheitserregern sowohl von abiotischen als auch von biotischen Faktoren, wie z.B. weiteren Krankheitserregern, Parasitoiden oder Räubern, beeinflusst werden. Über die Interaktionen zwischen Räubern, ihren erkrankten Beuteinsekten und deren Pathogenen ist sehr wenig bekannt. Das Verhalten von Räubern könnte ein bedeutender Aspekt im Übertragungserfolg von Krankheitserregern sein, entweder weil die erkrankte Beute aus der Wirtspopulation entfernt wird oder weil lebensfähige Stadien des Pathogenes ausgebreitet werden. Wir wollen das folgende Modellsystem nutzen, um zu untersuchen, inwieweit die Übertragung von Krankheitserregern in Insektenpopulation durch das Verhalten verschiedener Räuber beeinflusst wird. Der Schwammspinner, Lymantria dispar, dient sowohl als Wirtsorganismus für zwei pathogene Mikrosporidien, Vairimorpha disparis und Nosema lymantriae, als auch als Beute für zwei Räuber, die generalistische Ameisenart, Formica fusca, und den spezialisierten Laufkäfer, Calosoma sycophanta. Frühere und derzeitige Forschungsarbeiten lieferten und liefern wertvolle Erkenntnisse über die Übertragungswege beider Mikrosporidienarten, die unterschiedliche Gewebe des Wirtes befallen. Sie zeigen aber auch die Grenzen unseres Wissens, wenn es um die Rolle und die Bedeutung von Räubern bei der Übertragung von Mikrosporidien in ihren Wirtspopulationen geht. Unsere Studie wird untersuchen, inwieweit Räuber durch Kontakt mit infizierter Beute den Krankheitserreger in der Population verbreiten, z.B. mittels kontaminiertem Kot oder Verschleppung der Sporen des Pathogens. In einem weiteren Schritt werden wir die Zahl der durch die Räuber freigesetzten Krankheitserreger und deren Infektiosität für Wirtsraupen bestimmen. Wir werden weiters testen, ob die Räuber zwischen gesunder und erkrankter Beute unterscheiden. Übertragungsexperimente unter Halbfreilandbedingungen sollen zeigen, ob die Räuber in der Lage sind, Krankheitserreger in der Umwelt des Wirtes zu verbreiten und somit neue Infektionen hervorzurufen. Diese Erkenntnisse lassen uns einschätzen, ob Räuber fähig sind, die Übertragung von Mikrosporidien in ihren Schmetterlingswirten zu fördern und daher den Erfolg von Mikrosporidien, die für die biologische Schädlingsbekämpfung geeignet sind, zu erhöhen. In diesem Zusammenhang soll auch untersucht werden, ob die Räuber als Nicht-Ziel-Organismen durch Mikrosporidien beeinflusst werden.
Frühere Untersuchungen über Mikrosporidienerkrankungen des Schwammspinners, Lymantria dispar, konzentrierten sich vor allem auf Bereiche der Wirtsspezifität, Physiologie oder Taxonomie. Wichtige popualtions-ökologische Fragen blieben bislang unbeantwortet, wie z.B: Welchen limitierenden Einfluss können Mikrosporidien auf Schwammspinner-Populationen haben? Bei welcher Dichte an erkrankten Insekten kann es zu Epidemien kommen? Wie stark wird eine Mikrosporidieninfektion pro Zeiteinheit bzw. infiziertem Insekt übertragen? Laborexperimente berücksichtigen natürliche Verhaltensweisen sowie Umweltfaktoren nicht genug, um realistische Schätzungen zur Krankheitsübertragung zuzulassen. Wir werden daher Freilandexperimente durchführen, die natürliche Bedingungen an kleinen, eingekäfigten Bäumen bieten. Schwammspinner-Raupen werden während der meisten Zeit ihrer Larvalentwicklung gemeinsam auf diesen Bäumen gehalten. Durch Variation der Dichten von erkrankten und gesunden (empfänglichen) Insekten sollte es möglich sein, die Ansteckung mithilfe einfacher mathematischer Modelle nachzuvollziehen. Die Ausbreitung und die Schwere der Erkrankungen wird darüber hinaus quantifiziert. Wir erwarten neue Erkenntnisse über jene Parameter, die eine Übertragung von Mikrosporidieninfektionen in Schwammspinner-Populationen charakterisieren. Diese sollten in Folge zu einem besseren Verständnis der Rolle der Mikrosporidien in der Populationsdynamik des Schwammspinners beitragen.
Die endoparasitische Schlupfwespe ist ein wichtiger biologischer Gegenspieler des Schwammspinners, dessen Raupen weltweit zu den bedeutendsten Schädlingen der Eichenwälder gehören. Unsere bisherigen Untersuchungen über hormonelle Wechselwirkungen zwischen der Schwammspinnerraupe (Lymantria dispar) als Wirt und den Schlupfwespenlarven (Glyptapanteles liparidis) zeigten, dass eine Parasitierung zu einer Erhöhung des für die Entwicklung der Insekten entscheidenden Juvenilhormongehalts wie auch zu einem Wechsel des dominierenden Juvenilhormon-Typs in der Wirtsraupe führt. Durch den hohen Juvenilhormontiter, der v.a. kurz vor dem Ausbohren der Parasitenlarven aus ihrem Wirt auftritt, wird die Wirtsraupe in ihrer Entwicklung arretiert, so dass bei ihr eine weitere, energetisch aufwändige Häutung verhindert bzw. ihre Verpuppung unterdrückt wird. Die Erhöhung des Juvenilhormonspiegels im Blut der Wirtsraupe kann zum Teil durch eine parasitäre Hemmung des Hormon abbauenden spezifischen Enzyms, der Juvenilhormonesterase, erklärt werden. Unklar ist, wieso es durch die Parasitierung zu einer drastischen Veränderung der Juvenilhormontypen im Wirt kommt. In dem beantragten Projekt soll die Rolle der Parasitoidenlarven und ihrer assoziierten Faktoren (Venomsekret, symbiontische Polydnaviren, Teratocyten) bei der Synthese und beim Abbau der unterschiedlichen Juvenilhormontypen in den Zielorganen des Wirtstieres geklärt werden. Anhand von Implantations- und Inkubationsversuchen mit Parasitenlarven soll der Nachweis erbracht werden, ob diese grundsätzlich in der Lage sind, eigenes Juvenilhormon in den Wirt abzugeben. Darüber hinaus soll ihr Einfluss auf die Aktivität der Juvenilhormon produzierenden Drüse (Corpora allata) des Wirtes untersucht werden. Völlig unbekannt ist, auf welchem Weg Juvenilhormon im Gewebe der Insekten abgebaut wird. Durch den Vergleich der Aktivität der verschiedenen Juvenilhormon spaltenden Hydrolasen in Integument, Fettkörper und Mitteldarm der Wirtsraupe kann einerseits ein Beitrag zur Klärung dieser Frage geleistet, andererseits der parasitäre Effekt auf den Degradationsmechanismus festgestellt werden. Mit dieser Studie könnten somit wesentliche Wissenslücken über die komplexen hormonellen Wechselwirkungen zwischen Insekt und Insektenparasitoid geschlossen und grundlegende Erkenntnisse über den Abbau des Juvenilhormons im Insektengewebe gewonnen werden.
Die CO2 Konzentration in der Atmosphäre wird bis zum Ende dieses Jahrhunderts mindestens das Doppelte des vorindustriellen Wertes erreicht haben (550 ppm). Dieser dramatische Anstieg in einem relativ kurzen Zeitraum wird sich auf die wechselseitigen Beziehungen zwischen Pflanze, Pflanzenfresser und deren Parasiten auswirken. Im vorliegenden Projekt wird es möglich sein, diese Interaktionen an einem der wichtigsten Forstinsekten, dem Schwammspinner, und seinem natürlichen Gegenspieler, einer parasitischen Schlupfwespe, erstmals in einem unbewirtschafteten Laubmischwald mit Altbestand zu untersuchen. Die Universität Basel stellt uns ihre FACE (free air CO2 enrichment) Versuchsfläche zur Verfügung, auf der seit 2001 14 Laubbäume unterschiedlicher Arten während der Vegetationsperiode mit CO2 begast werden. Ein 45 m hoher Kran, ausgestattet mit zwei Gondeln, ermöglicht den Zugang zum Kronenbereich der Bäume. Wir werden die durch CO2-Begasung hervorgerufenen Änderungen im Blattinhaltsstoffmuster von Eiche, Buche und Hainbuche untersuchen, welche Auswirkungen diese auf die blattfressenden Raupen haben und ob auch deren Parasiten davon betroffen sein können. Raupen des Schwammspinners sollen in den Baumkronen CO2-begastes und nicht begastes Laub fressen. Parallel dazu werden Blattproben von den Versuchsbäumen geerntet und das Inhaltsstoffmuster der Blätter auf Nährstoffe (Stickstoff, Protein, Zucker) und Abwehrstoffe (Phenole, Tannine) analysiert. Dabei wird sich zeigen, ob sich Wachstum, Entwicklung und Mortalität der Raupen in einer CO2 angereicherten Atmosphäre ändern. Ein ähnlicher Versuch wird mit parasitierten Raupen durchgeführt. Dazu werden Raupen von Schlupfwespenweibchen angestochen, die ihre Eier in die Leibeshöhle injizieren, und die parasitierten Raupen anschließend auf die Versuchsbäume ausgebracht. In diesem Experiment können wir prüfen, ob sich eine durch CO2 verursachte, veränderte Nahrungsqualität des Laubes über die Wirtsraupen auch auf die dritte trophische Ebene (Parasitenlarven) auswirkt und diese fördert oder hemmt. Im Labor werden wir Raupen mit einer Blattpulverdiät aus dem Laub CO2 begaster und nicht begaster Bäume füttern und ihre Entwicklung verfolgen. So können wir genauere Angaben über ihr Wachstum und ihre Fähigkeiten machen, sich an unterschiedliche Nahrungsqualitäten anzupassen. In einem Freilandversuch werden wir außerdem testen, ob die parasitischen Wespenweibchen in der Lage sind, sich aus einer großen Gruppe von potentiellen Wirten jene Raupen herauszusuchen, die ihrer Nachkommenschaft die größtmögliche Überlebenschance - bezogen auf die Nahrungsqualität - bieten. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts werden unsere Prognosemöglichkeiten bezüglich Massenvermehrungen des Schwammspinners in einer zukünftigen CO2 reicheren Atmosphäre deutlich verbessern.
Mit der RAPD-PCR-Technik sollen molekulargenetische Merkmale zur Unterscheidung asiatischer und europaeischer Schwammspinner genutzt und die Frage einer Einschleppung bzw. Bastardisierung aggressiver asiatischer Genotypen geklaert werden.
Der Einfluß der Nahrungsqualität der beiden Eichenarten Quercus petraea und Q. cerris wird mittels Blattpulverdiäten auf die Entwicklung und Fertilität des Eichenschädlings Lymantria dispar (Schwammspinner) geprüft. Ziel der Untersuchungen ist es, die entscheidenden Substanzen der Blattinhaltsstoffe zu erkennen, die zu den deutlichen Unterschieden im Wachstum, Entwicklungsdauer und Reproduktion des Insekts nach Frass auf den beiden Eichendiäten führen.
Nach dem Pflanzenschutzgesetz § 59 Absatz 2 Nummer 1 PflSchG führen in den Ländern die zuständigen Behörden als Pflanzenschutzdienst unter anderem die Aufgabe der 'Überwachung der Pflanzenbestände sowie der Vorräte von Pflanzen und Pflanzenerzeugnissen auf das Auftreten von Schadorganismen ...' durch. Gemäß der Verordnung des Ministeriums für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz zur Änderung der Landwirtschaft-Zuständigkeitsverordnung und zur Änderung der Verordnung zur Bestimmung der zuständigen Behörden im Recht der Pflanzenproduktion Abschnitt 5 ist die Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg nach § 12 Nummer 2 im Bereich der Forstwirtschaft für 'die Überwachung die Pflanzenbestände und Vorräte auf Schadorganismen nach § 59 Absatz 2 Nummer 1 PflSchG, sofern diese im Wald vorkommen', zuständig. Da phyllophage Laubholzschädlinge besonders an ökologisch aber auch ökonomisch wertvollen Eichen ein großes Gefährdungspotenzial für die betroffen Waldbestände darstellen und andererseits ihr in der Intensität unregelmäßiges Auftreten nur mit Hilfe eines dauerhaften Monitoring anhand eingehender Überwachungsmethoden prognostiziert und dokumentiert werden kann, stellen diese Schädlinge dauerhaft einen besonderen Schwerpunkt der Schädlingsüberwachung in Südwestdeutschland dar. Dabei handelt es sich bis heute insbesondere um folgende Arten: Eichenprozessionsspinner, Schwammspinner, Eichenwickler, Großer und Kleiner Frostspanner und ggf. Goldafter. Im Zuge des zu erwartenden Klimawandel ist mit einer Steigerung des Auftretens dieser Schädlinge zu rechnen, so dass das eingehendere Monitoring der phyllophagen Laubholzschädlinge zudem eine dauerhaft beizubehaltende Anpassungsmaßnahme darstellt.
Quantifizierung der kurzfristigen Auswirkungen einer Bekämpfung des Schwammspinners mit dem Häutungshemmer Dimilin auf Zönosen verschiedener Tiergruppen. Schaffung einer Grundlage für die Untersuchungen der mittelfristigen Auswirkungen.
Unser Wissen vom Einfluss von Mikrosporidieninfektionen auf die Populationsdynamik forstschädlicher Insekten ist nach wie vor sehr lückenhaft. Ein Schlüsselprozess in den Wechselwirkungen zwischen Krankheitserreger und Wirtsinsekt ist die Übertragung der Krankheit. Darüber hinaus ist ein detailliertes Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen der Übertragung von entscheidender Bedeutung, wenn solche insektenpathogene Organismen für die biologische Schädlingskontrolle in Betracht gezogen werden. Die Pathologie einer Mikrosporidiose, charakterisiert durch Entwicklungszyklus, Organspezifizität und Virulenz des Erregers, kann nicht ohne Berücksichtigung der Krankheitsübertragung interpretiert werden. Unterschiedliche Charakteristika der Erkrankung sollten in unterschiedlichen Mechanismen der Übertragung ihren Niederschlag finden. Im vorliegenden Projekt untersuchen wir einen bedeutenden Schädling in unseren Eichenwäldern, den Schwammspinner, Lymantria dispar, und drei ihn befallende Mikrosporidienarten, namentlich Vairimorpha sp., Nosema lymantriae und Endoreticulatus schubergi als Modellsystem für die Krankheitsübertragung. Diese drei Mikrosporidien zeichnen sich durch den Befall unterschiedlicher Organe des Wirtes aus, und man nimmt an, dass sie unterschiedliche Hauptwege der Übertragung nutzen. Unsere Studie wird experimentelle Daten zur Rolle von Exkrementen, Seide und Kadavern infizierter Wirte bei der Krankheitsübertragung ermitteln. Alle potentiellen Mechanismen der Freisetzung infektiöser Dauerstadien des Pathogenes werden für die drei Arten quantifiziert. Wir werden die Möglichkeit der Krankheitsübertragung auf die nächste Generation untersuchen, ebenso die Dauerhaftigkeit infektiösen Materials unter Winterbedingungen. So soll gezeigt werden, wie eine Krankheit über mehrere, durch den Winter getrennte Generationen in der Wirtspopulation überdauern kann. Die neuen, quantitativen Daten werden verwendet, um ein mathematisches Modell zur Beschreibung der Krankheitsübertragung, das für eine nahe verwandte Nosema aus dem Schwammspinner entwickelt worden ist, zu verbessern und zu vervollständigen. Dieses Modell wird darüber hinaus adaptiert, um die vermutlich höchst unterschiedlichen Übertragungswege von Vairimorpha und Endoreticulatus zu beschreiben. Diese experimentell-vergleichende Studie könnte die erste detaillierte und modellhafte Darstellung der Übertragung von Mikrosporidien in einem forstschädlichen Insekt im Kontext unterschiedlicher Krankheitsverläufe liefern.
Es soll untersucht werden, ob bzw. wie sich eine Erhoehung von Stickstoff im Boden, CO2, Ozon oder eine Pilzinfektion auf die Anfaelligkeit von Buche bzw. Apfel gegenueber einem blattfressenden Modellinsekt (Schwammspinner, Lymantria dispar L.; Lymantriidae; Lepidopt.) auswirken. Die Arbeiten sind von der zentralen Hypothese geleitet, dass die gewaehlten Rahmenbedingungen die Kohlenstoffallokation in der Pflanze beeinflussen, folglich die pool-Groessen insektenrelevanter Inhaltsstoffe veraendern und hierueber letztlich die Larvenentwicklung phyllophager Insekten beeinflussen. Kenngroessen fuer den Entwicklungserfolg werden in Relation zur Verwertung primaerer Pflanzeninhaltsstoffe bzw. zum Gehalt phenolischer Verbindungen in den Blaettern gesehen. Es wird weiterhin geprueft, ob Insektenfrass und Pilzbefall zu einer aehnlichen Antwort in der Pflanze fuehren. Mit den folgenden Pflanzensystemen werden Biotests durchgefuehrt: Buche 1: CO2 ambient/erhoeht in Kombination mit N normal/erhoeht (Gewaechshaus). Buche 2: Endophyten-infiziert (mit Sandermann, Gewaechshaus). Buche 3: Phytophthora-infiziert in Kombination mit N normal/erhoeht (mit Osswald, Gewaechshaus). Buche 4: Ozon-behandelt in CO2 ambient/erhoeht oder N normal/erhoeht (mit Matyssek, Phytotron). Buche 5: mit Ozon free-air-begaste 40-60-Buchen im Kranzberger Forst (mit Fabian). Apfel: CO2 ambient/erhoeht in Kombination mit N normal/erhoeht (mit Treutter, Gewaechshaus). In den Biotests werden Gewichtsentwicklung, z.T. Frassmenge und Kotproduktion, in einigen Faellen Frasspraeferenz bestimmt. Chemische Analytik: An den Systemen ,Buche 1-3', die Kollege Hoell bezueglich des Lipidstatus untersucht, werden in Blaettern und Insektenkot bestimmt: (1) loesliche Kohlenhydrate, Shikimi- und Chinasaeure, monomere Catechine, (2) Staerke, (3) freie und proteingebundene Aminosaeuren sowie (4) phenolische Verbindungen (kolorimetrisch, HPLC). Ebenso werden in der Biomasse der Larven nach der Frassperiode bestimmt: loesliche Kohlenhydrate, Glykogen, freie und gebundene Aminosaeuren.
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