Internasjonalt plantehelseprosjekt vedrørende Tilletia indica, årsak til en fryktet sykdom i hvete

Transkript

1 C. Sansford og H. A. Magnus / Grønn kunnskap 9 (2) 37 Internasjonalt plantehelseprosjekt vedrørende Tilletia indica, årsak til en fryktet sykdom i hvete Claire Sansford 1), Håkon A. Magnus 2) / haakon.magnus@planteforsk.no 1) CSL, Sand Hutton, North Yorkshire, UK, 2) Planteforsk Plantevernet Sammendrag Gjennom et åttedelt internasjonalt forskningsprosjekt har ulike sider ved plantehelserisikoen ved sykdommen Karnal bunt på hvete blitt studert. Deltagere fra forskningsmiljøer i Australia, Danmark, Irland, Italia, Norge, UK og USA har sammen utført felles undersøkelser over overlevelse av soppen under europeiske forhold, mottakelighet hos europeiske hvetesorter, økonomiske implikasjoner i tilfelle etablering i Europa samt bekjempelsestiltak. Innledning Karnal bunt, forårsaket av soppen Tilletia indica, er en sotsykdom som angriper småaks på hvete (Triticum aestivum) og Triticale (Triticale). Tidspunktet for infeksjon av vertplanta er blitt studert i detalj for europeiske hvetesorter i dette prosjektet. Soppen angriper agnene ved sent holkstadium til tidlig blomstring og vokser via rachilla til småakset. Frøene blir infisert gjennom spireenden og soppen utvikler seg i pericarpen der den produserer et melaktig, brun-svart sporemasse (Goates 1988). Sporemassen lukter sterkt fisk (trimethylamine). Infisert frø er vanligvis bare delvis angrepet, men infeksjonen kan også spre seg langs bukfuren og til slutt omfatte hele frøet. Siden infeksjonen skjer på et sent fenologisk stadium til vertplanta, er sykdommen mye vanskeligere å bekjempe med beising enn bekjempelsen av systemiske sotsykdommer (for eksempel Tilletia tritici). T. indica er etablert i deler av Asia, inkludert Afghanistan, India, Irak, Nepal og Pakistan (Warham 1986) og Iran (Torarbi et al. 1996) I tillegg til nye funn

2 38 C. Sansford og H. A. Magnus / Grønn kunnskap 9 (2) i Iran har sykdommen også blitt rapportert fra andre deler av verden. Den ble først rapportert fra Mexico i 1972 og påvist i USA i 1996 (Ykema et al.1996). I USA finnes den i visse områder under regulering av USDA i sydvest (Arizona, California og Texas). I Texas ser det ut til at den har spredd seg nordover (Anon. 2001), selv om dette gjerne kan skyldes tidligere bruk av infisert såkorn i kombinasjon med gunstige klimaforhold som nylig naturlig spredning. T. indica ble først rapportert fra Brasil i 1995 i den sydlige delen av Rio Grande do Sul (FAO/IGPRI 1995). Den første rapporten om T. indica i Syd-Afrika ble gjort i 2000 i den nordlige Cape Provins (Crous et al. 2001) der den antakelig er blitt gjenstand for utrydding. Spredningen til USA og det faktum at det regelmessig skipes hvete derfra til Europa, samt påvisning av soppen i enkelte slike laster, er bakgrunnen for at man ville skaffe et mer presist underlag for risikovurderingen av Karnal bunt. En foreløpig risikoanalyse konkluderte med at sykdommen kunne etableres i UK/EU med betydelige følgekostnader. Derfor ble import av hvete fra områdene nevnt ovenfor underlagt karantenebestemmelser. Materiale og metoder Prosjektet hadde åtte vitenskaplige og tekniske målsettinger, og hver av disse dannet separate arbeidspakker med hver sin leder og team tilknyttet: 1. Å forutsi nøyaktig risikoen for at T. indica skal bli etablert i Europa ved å kombinere plantevekstmodell og pest risiko modeller for å støtte og underbygge EUs plantehelsepolitikk og lovgivning overfor T. indica. 2. Å undersøke mottakelighet hos europeiske hvetesorter overfor T. indica og å estimere mulige avlingstapet for disse sortene dersom patogenet når Europa. 3. Å studere overlevelse av T. indica teliosporer under gitte europeiske jordforhold. 4. Å fastslå hvilke abiotiske faktorer som påvirker dormans og spiring i T. indica teliosporer under kontrollerte dyrkingsforhold og europeiske hvetesorters fenologi. 5. Å forutsi sosio-økonomisk virkning av T. indica dersom den skulle bli introdusert til Europa. 6. Å analysere risikoen for introduksjon, etablering og sosio-økonomiske tap for EU og utvikle harmoniserte risikohåndteringsstrategier og tiltaksplaner for å behandle aktuelle introduksjoner av T. indica til Europa, særlig aspekter av utryddelse, isolering og bekjempelse med minst mulig påvirkning av fri handel. 7. Å generalisere de spesifikke resultatene fra prosjektet med det formål å utvikle risiko analyseteknikker for andre plantepatogener som kan utgjøre

3 C. Sansford og H. A. Magnus / Grønn kunnskap 9 (2) 39 en trussel for EU og samtidig støtter EU og internasjonal plantehelsepolitikk og lovgivning. 8. Å spre resultater fra prosjektet: a. Risikoen for EU av T. indica b. Fremskritt i Pest Risiko Analyse for plantepatogener Dette vil en spesielt oppnå ved bruk av internett web-sider satt opp for dette prosjektet av ved å avholde en avsluttende workshop ved slutten av prosjektet for prosjektdeltagere og for representanter for EUs medlemsland og/eller internasjonale plantehelseorganisasjoner. De metoder som er benyttet i de ulike arbeidspakker varierer med innholdet. Eksperimenter i felt og laboratorier med T. indica er blitt utført under strenge sikkerhetstiltak under tillatelser gitt av de nasjonale plantehelseinstitusjoner. Klimadata og værobservasjoner er fremskaffet dels ved internasjonalt tilgjengelige baser og dels ved egne registreringer i felt i de respektive land. Statistiske data er skaffet til veie fra nasjonale statistiske byråer og andre kilder. I alt ni ulike forskningsinstitusjoner har samarbeidet med varierende deltagelse i de enkelte arbeidspakker. Resultater Plantevekstmodeller og pest risikomodeller Dette arbeidet har kombinert: (a) eksperimentelle data for utviklingsstadier for hvete som er mottakelige for T. indica; (b) brødhvete og durumhvete fenologimodeller for å forutsi tidspunkt for disse utviklingsstadiene; (c) en sykdomsmodell som estimerer potensialet for T. indica infeksjon basert på HTI (the Humid Thermal Index minimum relativ fuktighet dividert med maksimum temperatur) (Jhorar et al. 1992) mens hveten er mottakelig. HTIverdier ble generert for et stort antall værstasjoner og interpolert ved høy oppløsning for England, Wales, Danmark og Italia (Toscana, Marche, Puglia og Basilicata) og ved lav oppløsning for Europa. Kart som oppsummerer resultatene ble laget ved bruk av Geografiske Informasjons System (GIS) (Baker et al. 2000). Basert på modellberegninger ble områder der HTI-verdier lå mellom 2,2 og 3,3 (gunstig for inokulumproduksjon, infeksjon og sykdomsutvikling) under utviklingsstadiene der hveten er sårbar for infeksjon, fant vi at det er en meget høy sannsynlighet for forhold som kan gi angrep av T. indica i Vest- og Sentral-Europa. Mer nordlige områder ble beregnet å ha gunstige HTI-verdier i om lag en tredel av sådatoer og år som ble undersøkt. Den nordlige italienske sletteområdet og de viktige pastaregionene i Toscana og Marche er meget utsatt for angrep på durumhvete. Durumhvete-områdene

4 40 C. Sansford og H. A. Magnus / Grønn kunnskap 9 (2) i Syd-Italia, Frankrike, Spania og Øst-Europa er mindre utsatt, hovedsakelig fordi de sårbare utviklingsstadier faller sammen med varmere og tørrere værforhold. For både brød- og durumhvete hadde sådato og sortsvalg liten innflytelse på hvetens sårbarhet for infeksjon. Resultatene viser at teliosporer av T. indica kan overleve i minst tre år under europeiske jordforhold. Analysene våre over antall sammenhengende år der HTI lå utenfor det kritiske 2,2-3,3-området viste at i Nord-Europa (Danmark (82 %), England og Wales (64 %)) var det store områder som hadde gap på minst fire år, mens Europa som helhet hadde 21 % av årrekkene gap på over fire år. Europeiske hvetesorters mottakelighet overfor T. indica Pest risikoanalysen for UK/EU (Sansford 1996, 1998) predikerte risiko for introduksjon og etablering basert på flere viktige parametere: en handelsvei som tillater inngang; nærvær av mottakelige vertplanter (hvete); evnen til soppen for overlevelse mellom kulturer; og passende klimaforhold for spiring av teliosporer og infeksjon av vertkulturer. Da analysen ble gjort, kjente man ikke til europeiske hvetesorters mottakelighet. Spesielt kjente man ikke til hvorvidt vinterhvete (sorter som trenger vernalisering) var mottakelige fordi sykdommen nest utelukkende forekom i områder med vårhvetetyper. Derfor var det nødvendig å bestemme mottakeligheten til et utvalg av europeiske hvetesorter overfor T. indica, finne det mest mottakelige fenologiske stadium for infeksjon og bestemme vinduet for fenologiske stadier der både brødog durumhvete kunne angripes. Forsøkene viste: Nesten alle europeiske brød- og durumhvetesorter som ble testet, viste seg å være fysiologisk (Royer & Rytter 1985, Warham et al. 1986) mottakelige overfor T. indica smittet kunstig i holken. Variasjonen i mottakelighet svarte til den man finner hos sorter i land som India og Mexica der Karnal bunt er etablert. Graden av morfologisk (felt) mottakelighet (Royer & Rytter 1985, Warham et al. 1986) basert på sprøytedusjsmitting av aks) hos vinterhvetesorter viste stort sett overensstemmelse med fysiologisk mottakelighet. All vekststadiene mellom GS 43 (holk) til GS 69 (slutt blomstring) gir muligheter for infeksjon av europeiske sorter (April-Juni). I felt vil sannsynligvis infeksjonen skje fra GS 47/49 (flaggbladskjeden åpnes til første snerp synlig) til GS 55 (halve akset synlig). Potensiell smitteperiode kan være lenger hos enkelte sorter.

5 C. Sansford og H. A. Magnus / Grønn kunnskap 9 (2) 41 Overlevelse av T. indica i ulike europeiske jordtyper Feltstudier viste at teliosporer overlevde ved alle dybder (5, 10 og 20 cm) etter 1, 2 og 3 års lagring i jord i europeiske jordtyper under klimasoner som varierte fra nord til syd i Europa; Norge, UK og Italia. Risikoen for etablering består fortsatt da soppen kan overleve i minst ett år; data antyder at overlevelsen kan overgå tre år. En viss del av teliosporene (ca. opptil 50 %) er i stand til å spire når de blir brakt opp til jordoverflaten. Tidspunktet for spiring av levende sporer i den gjenværende delen i relasjon til viktige utviklingsstadier for infeksjon er rimeligvis kritisk for potensiell etablering av sykdommen. Abiotiske faktorers virkning på dormans og spiring av T. indica Kvalitative spiringstester med mer enn ett år gamle teliosporer i fire jordtyper (siltig sand, sandig mellomleire og to ulike typer siltig mellomleire ved optimum temperatur (16 ºC) viste at de kunne spire når jordfuktigheten var mellom 10 % og 45 % (W/W) i de første tre jordtypene og mellom 15 % og mer enn 45 % for siltig mellomleire. Lagring ved konstant jordfuktighet på 25 % viste at det ble et betydelig fall i antall teliosporer tilgjengelig for infeksjon ved aksskyting på grunn av tidlig spiring unntatt for Norge der frosten gjorde at sporene var i live ved aksskyting og tilgjengelige som smittemateriale. En liten andel av sporene fortsatte å spire gjennom hele den simulerte blomstringsfasen til hveten, noe som tolkes som dormans hos sporene. En betydelig andel av teliosporer som ble lagret ved 10 % jordfuktighet, forble uspirte og kunne således bli tilgjengelig som smittemateriale ved skyting. Dette scenariet likner svært på de klimatiske hendelser som preger de områder der sykdommen er etablert i Mexico, India og USA. Teliosporer som ble utsatt for ukentlige tørkeperioder for klimaprofiler svarende til UK, Ungarn og Italia viste høy grad av oppvåkning gjennom hele forsøket selv om viabiliteten falt over tid. Sporer som ble eksponert for mexicanske og norske profiler viste også høy grad av oppvåkning gjennom hele forsøket, men her ble levedyktigheten beholdt over hele forsøkstiden. Resultatene fra disse studiene viser at jordfuktighetsforhold som leder til tidlig sporespiring og nedgang i viabilitet som henger sammen med fluktuerende jordfuktighet. Resultatene viser også at for europeiske jordtyper vil en betydelig andel av levende teliosporer bli eliminert før infeksjonsvinduet åpnes. Italienske forhold likner mest på de mexicanske profilene og peker seg derfor ut som mest sårbare for etablering av Karnal bunt.

6 42 C. Sansford og H. A. Magnus / Grønn kunnskap 9 (2) Sosioøkonomiske konsekvenser av introduksjon av T. indica i Europa Politikk og rådegjerder i de land hvor sykdommen opptrer, ble studert. Kostnadene assosiert med utbrudd av Karnal bunt kan klassifiseres slik: Direkte kostnader Reaksjonskostnader Bekjempelseskostnader Resultater av modellberegninger viser at et stort utbrudd som berører ha hvete i UK ville få meget store kostnader for hele regionen Forstyrrelsen i produksjonen, manglende eksportmuligheter fra regionen og et stort spekter av bekjempelsestiltak ville medføre kostnader i størrelsesorden 451 millioner euro over en tiårsperiode. I et alternativt scenario med et lite utbrudd ville kostnadene bli forholdsmessig mindre siden disse kostnaden vil være knyttet til totalproduksjonen av hvete det affiserte området. Derimot vil kostnadene forbundet med overvåking, testing, identifisering, administrasjon og følgekostnader være nærmest uavhengige av utbruddets størrelse. Fordi markedene reagerer så sterkt på sykdomsutbrudd ville de påregnelige aggregerte kostnadene kunne bli meget store og dermed rettferdiggjøre store anstrengelser for å unngå utbrudd (Thorne et al. 2004). Pest risiko Analyser av introduksjon, etablering og sosioøkonomiske tap for EU samt strategier og beredskapsplaner En revidert pest risiko analyse er under arbeid og vil bli stilt til disposisjon til interesserte nasjonale plantevernorganisasjoner. Generalisering av resultatene fra prosjektet til å gjelde andre plantepatogener som kan true Europa Et sentralt tema i dette prosjektet var å utvikle pest risiko analyse for T. indica ved å sette sammen fenologimodeller med en sykdomsmodell og å vise resultatene ved bruk av GIS. Denne tilnærmingen kunne man utvikle til å gjelde for pest risiko analyser for andre plantepatogene organismer der det eksisterer plantevekst/sykdomsmodeller. Spredning av resultater fra prosjektet Prosjektet har drevet internettsider gjennom hele prosjektets levetid, og sidene er fremdeles operative. Resultater fra prosjektet er ellers presentert i International Congress for Plant Pathology, Christchurch, New Zealand, 2003 og en artikkel i UK Agricultural Economics Society Meeting, Imperial College, London UK i april 2004.

7 C. Sansford og H. A. Magnus / Grønn kunnskap 9 (2) 43 Konklusjon En mange-fasettert tilnærming til risikoanalysen gjennom eksperimentering i flere land har gitt grunnlag for en mer presis oppfatning av risikoen for introduksjon, etablering og potensiell skade som T. indica representerer for europeisk hveteproduksjon. Referanser Anonymous Update on the situation of Tilletia indica in the USA. EPPO Reporting Service, Issue 6, Item 2001/109. Baker, R.H.A., Sansford, C.E., Jarvis, C.H., Cannon, R.J.C., MacLeod, A. & Walters, K.F.A The role of climatic mapping in predicting the potential distribution of non-indigenous pests under current and future climates. Agriculture, Ecosystems and the Environment 82: Crous, P.W., Jaarsveld, A.B. van, Castlebury, L.A., Carris, L.M., Frederick, R.D. & Pretorius, Z.A Karnal bunt of wheat newly reported from the African continent. Plant Disease 85: 561. FAO/lGPRI FAO/IGPRI Technical Guidelines for the safe movement of small grain temperate cereals. FAO/lGPRI, Rome. Goates, B.J Histology of infection of wheat by Tilletia indica, the Karnal bunt pathogen. Phytopathology 78: Jhorar, O.P., Mavi, H.S., Sharma, I., Mahi, G.S., Mathauda, S.S. & Singh, G A biometeorological model for forecasting Karnal bunt disease of wheat. Plant Disease Research 7: Royer, M.H. & Rytter, J Artificial inoculation of wheat with Tilletia indica from Mexico and India. Plant Disease 69: Sansford, C.E Karnal bunt (Tilletia indica) - An assessment of the current situation in the USA and the potential risk to the European Community. York, UK: Central Science Laboratory. Sansford,C.E Karnal bunt (Tilletia indica): Detection of Tilletia indica Mitra in the US: potential risk to the UK and the EU. In: Malik VS, Mathre DE, eds. Bunts and Smuts of Wheat: An International Symposium, North Carolina, August 17-20, Ottawa, Canada: North American Plant Protection Organization, Thorne, F.S., Brennan, J.P., Kelly, P.W. & Kinsella, A Evaluating the economic impact of an outbreak of a quarantinable disease in Europe: the case of an outbreak of Karnal bunt of wheat in the EU. Proceedings of the UK Agricultural Economics Society Meeting, Imperial College, London, UK, April Torarbi, M., Mardoukhi, V. & Jaliani, N First report on the occurrence of partial bunt on wheat in the southern parts of Iran. Seed and Plant 12: 8-9 (En), (Pe). Warham, E.J Karnal bunt of wheat - a literature review. Tropical Pest Management 32: Warham, E.J., Mujeeb-Kazi, A. & Rosas, V Karnal bunt (Tilletia indica) resistance screening of Aegilops species and their practical utilization for Triticum aestivum

8 44 C. Sansford og H. A. Magnus / Grønn kunnskap 9 (2) improvement. Canadian Journal of Plant Pathology 8: Ykema, R.E., Floyd, J.P., Palm, M.E. & Peterson, G.L First report of Karnal bunt of wheat in the United States (Disease Note). Plant Disease 80: Anerkjennelse og takk Dr. C.E. Sansford (Prosjektkoordinator) og Dr. H.A. Magnus (Leder av Workpackage 7) ønsker å takke for arbeidet til deltagerne i prosjektet kalt Karnal bunt risks (QLK5CT ) som er delfinansiert av European Commission under the Quality of Life and Management of Living Resources Programme; et av de fire tematiske programmene i ECs Femte Rammeprogram for forskning og utvikling. Prosjektet reflekterer ikke nødvendigvis Kommisjonens synspunkter og gir på ingen måte uttrykk for Kommisjonens fremtidige politikk på dette området. Bidragene fra deltagerne i Prosjektet anerkjennes: Dr. R. Baker, Ms. A. Barnes, Mr. R. Bowyer, Ms. M. Coates, Mrs. P. Giltrap, Dr. K. Hughes, Dr. A. Inman, Dr. P. Jennings, Mr. R. Leach, Ms. J. Stonehouse og Dr. K. Walters, Central Science Laboratory, York, UK; Dr. G. Murray og Dr. J. Brennan, New South Wales Agriculture, Wagga Wagga, NSW, Australia; Professor V. Leth og Dr. K. Thinggaard, Danish Government Institute of Seed Pathology for Developing Countries, Frederiksberg C; Professor J. Porter, The Royal Veterinary og Agricultural University, Taastrup, Denmark; Dr. F.A. Ewert, Wageningen University, Netherlands; Dr. P.W. Kelly, Dr. F. Thorne, Ms. A. Kinsella, Teagasc Rural Economy Centre, Dublin, Ireland; Dr. F. Miglietta, Dr. B. Gioli, Mr. F. Sabatini og Mr. G. Tagliaferri, IATA-CNR, Florence, Italy; Dr. A. Porta-Puglia, Dr. L. Riccioni og Dr. Marco Valvassori, Istituto Sperimentale per la Patologia Vegetale, Rome, Italy; Dr. T. Rafoss og Mr. M. J. Razzaghian, Planteforsk Plantevernet, Høgskolevegen 7, Ås, Norge; Mr. G. L. Peterson, USDA ARS, Fort Detrick, Maryland, USA.