Fusarium-Krankheiten und Mykotoxine im Mais

Mais war lange eine gesunde Frucht, aber durch den zunehmenden Anbau in Mitteleuropa reichern sich auch hier langsam die Krankheiten an. Dabei stehen vor allem die Blattkrankheiten im Fokus. Schon sehr lange aber wird Mais von verschiedenen Fusarium-Arten befallen. Dabei unterscheidet man zwei Artenkomplexe: Die eher bei kühlerem Wetter vorkommende Gruppe Fusarium graminearum (s. Abb. 1) und F. culmorum sowie die eher wärmeres Wetter bevorzugende Gruppe F. verticillioides und F. proliferatum. Die Symptome sind relativ ähnlich, aber die Mykotoxine unterscheiden sich grundlegend. Während die erste Gruppe vor allem Deoxynivalenol (DON) und Zearalenon (ZON) produziert, macht die zweite Gruppe verstärkt Fumonisine (FUM). Eine Sonderrolle spielen F. temperatum und F. subglutinans, die wieder andere Mykotoxine absondern. Schädlich für Tier und Mensch sind alle genannten Toxine. Dieselben Arten können sowohl Kolben- als auch Stängelfäule bei Mais verursachen. Da vor allem die erste Gruppe auch für die Ährenfusariosen bei Weizen verantwortlich ist, gilt eine Mais-Weizen-Fruchtfolge als besonders gefährlich, insbesondere bei reduzierter Bodenbearbeitung.

Während die Fusariosen nur in extremen Fällen Ertragsschäden bei Mais verursachen, kommen die Toxine aber auch in Österreich jedes Jahr vor, wie das Beispiel von DON und ZON zeigt (s. Abb. 2). ZON ist ein östrogenartiges Toxin, das zwar nur in geringeren Mengen auftritt, dafür aber umso wirksamer ist. Deshalb liegen die EU-Grenzwerte für unverarbeiteten Mais für Lebensmittel bei DON bei 1.500μg/kg und für ZON aber schon bei 350μg/kg.

Erschreckend ist, dass die Mykotoxine tatsächlich jedes Jahr gefunden werden. Dies zeigt ein Monitoring­programm, das die AGES in Zusammenarbeit mit Bundes- und Länderbehörden jährlich durchführt (s. Abb. 2). Und 2014 war ein absolutes Katastrophenjahr. In allen anderen Jahren blieben die Mittelwerte unter den EU-Grenzwerten. Dies ist jedoch keine Entwarnung, denn die Toxinwerte einzelner Proben können extrem stark voneinander abweichen. Obwohl 2024 kaum DON gefunden wurde, lagen doch 4,3% aller Proben über dem EU-Grenzwert (Abb. 3). Im Jahr 2023 mit seiner durchschnittlichen Belastung in Österreich zeigten die 409 Proben aus dem Illyrikum einen Mittelwert für DON von 1.554μg/kg und lagen damit über dem EU-Grenzwert. Dabei hängen die absoluten Toxin­gehalte sehr stark von der Witterung zur Maisblüte ab, je feuchter, desto schlimmer. Deshalb sind auch die einzelnen Regionen Österreichs unterschiedlich stark betroffen (s. Abb. 3). Während das trockenere Pannonikum meistens die geringsten Werte hat, unterscheiden sich die Mittelwerte 2020 kaum von der nordalpinen Region, die üblicherweise höhere Werte hat.

Diese Abhängigkeit des Befalls von den drei Regionen beeinflusst auch die Sorteneinstufung der AGES, da die früheren Reifegruppen nur im nordalpinen Raum, die mittelspäten bis sehr späten Sorten aber verstärkt im Illyrikum geprüft werden. Trotzdem zeigen die unterschiedlichen Reifegruppen im wesentlichen dieselbe Verteilung der Anfälligkeit gegen Kolbenfäule (s. Abb. 4).

Was können Landwirte tun? Wie beim Weizen spielt auch beim Mais die Sorte eine große Rolle (s. Abb. 4). Die Sortenprüfung der AGES zeigt eine Variation der Anfälligkeit von 3 bis 7. Es zeigt sich hier, dass die Resistenz quantitativ vererbt wird, d. h. es gibt keine Sorte, die gar nicht krank wird, die Sorten unterscheiden sich aber stark in ihrem Befall. Dabei sind aber nur zwei mittelfrühe Sorten in die resistente Kategorie (1–3) eingestuft. Andererseits gibt es auch nur sehr wenige anfällige Sorten (7–9), die meisten liegen im Mittelfeld. Das zeigt, dass hier noch nicht sehr viel Differenzierung erreicht wurde.

Ein Grund mag darin liegen, dass sich die AGES bei der Sorteneinstufung auf natürlichen Kolbenbefall verlässt, der nicht immer und überall sichtbar auftritt. Bei künstlichen Infektionen finden sich sehr viel größere Unterschiede zwischen den Genotypen (s. Abb. 5). Hier wurden aus einer alten österreichischen Populationssorte (‚Kemater Landmais Gelb‘ aus Nordtirol, KE) die vier besten und zwei mittelanfällige Linien aus einer Population von 250 zufällig gezogenen Linien selektiert und mit Elitelinien aus dem Flint- und Dent-Genpool verglichen. Dabei kamen die besten KE-Linien durchaus an die resistentesten Zucht­linien heran. Der Hintergrund ist, dass der europäische Flint-Genpool aus historischen Gründen nur eine sehr eingeschränkte Diversität hat und die Nutzung solcher alten Sorten neues genetisches Material in die Züchtung einbringen kann. Die Linien sind als solche zwar nicht für den modernen Anbau verwendbar, können aber als Genreservoir dienen.

Und natürlich lassen sich aus den resistenten Linien auch entsprechende resistente Hybriden herstellen. Die österreichischen Daten zeigen, dass die resistenteren Sorten ein Vielfaches weniger an DON produzieren (s. Abb. 6). Dies wird natürlich vor allem in Jahren mit hohem Befall sichtbar, hier wurde das Extremjahr 2014 gewählt. Selbst bei dieser außergewöhnlich hohen Mykotoxin-Belastung hatte die resistenteste Sorte um das Vier- bis Achtfache weniger DON als die anfälligste Sorte. Mit Ausnahme der mittelfrühen Reifegruppe blieb die jeweils resistenteste Sorte sogar unter dem damaligen EU-Grenzwert.

Ähnlich war es im Jahr 2023, in dem der DON-Gehalt etwa dem Mittelwert über die Jahre entsprach. Hier war der DON-Wert der resistentesten Sorte in drei von vier Reifegruppen so gering, dass er gar nicht messbar war; nur in der mittelspäten Reifegruppe ergab sich ein Wert, der aber weit unter dem EU-Grenzwert lag. Aufgrund des geringeren Befalls befanden sich auch die anfälligsten Sorten in den sehr frühen bis mittelfrühen Reifegruppen unter dem Grenzwert, in den mittelspäten bis sehr späten Reifegruppen jedoch schon bei >3.000μg DON/kg. Und das im Mittel von 8–9 Standorten in einem Jahr mit nur durchschnittlichem Befall. Da Körnermais meist als Futtermittel verwendet wird, gelten für die DON-Gehalte hier nur Richtwerte, diese liegen jedoch bei Schweinen noch niedriger als für Lebensmittel (900μg/kg), weil diese besonders empfindlich sind. Rinder vertragen dagegen aufgrund ihres Wiederkäuermagens deutlich höhere Mykotoxinwerte.

Deutlich seltener gibt es Untersuchungen über die Unterschiede zwischen den Sorten bei der Stängelfäule. Trotzdem sind diese in den letzten Jahren wieder mehr in den Fokus gerückt. Das liegt zum einen an der hohen Pflanzenzahl mit der heute die Bestände gefahren werden, an zusätzlichem Stress durch Blattkrankheiten, Trockenheit oder verringertem Sonnenschein und an dem vermehrten Auftreten von Stürmen und Starkregen durch den Klimawandel. Diese Faktoren erhöhen den Fusarium-Befall bzw. führen zu verstärktem Umfallen des geschädigten Gewebes. Beim Stängelbruch spielen zwar auch morphologische Faktoren eine Rolle, aber ein Pilzbefall schwächt immer das Gewebe und fördert besonders das späte Umfallen. Leider reicht es aber nicht aus, einfach das Lagern einer Parzelle zu schätzen, wie beim Weizen, um die resistenten Genotypen herauszufinden.

Wir versuchen deshalb durch eine künstliche Infektion des Stängels eine bessere Differenzierung der Widerstandsfähigkeit von Genotypen zu bekommen. Weil an diesem Krankheitskomplex schon lange nicht mehr geforscht wurde, mussten wir erst Voruntersuchungen durchführen (s. Abb. 7).

Dabei untersuchten wir drei Methoden der künstlichen Infektion und die Wirkung von drei Fusarium-Arten. Die Nadelinokulation, bei der eine flüssige Sporensuspension direkt in den Stängel gespritzt wird, funktionierte am besten. Auch die Zahnstochermethode, bei der pilz­bewachsene Zahnstocher in den Stängel eingeführt werden, hatte keine schlechten Ergebnisse. Allerdings ist diese Methode in der Vorbereitung sehr aufwändig. Nur die Stockmethode, bei der ein an einem Stock befestigter Nagel in die Sporensuspension getaucht wird und damit einmal in den Maisstängel gestochen wird, hatte eine geringere Infektion zur Folge. Von den Pilzen war bei allen drei Methoden F. graminearum etwas aggressiver. Generell ist bei Körnermais wegen des späteren Erntezeitpunktes mit einem höheren Fusarium-Befall des Stängels zu rechnen als bei Silomais.

In einem Forschungsprojekt infizierten wir dann die Stängel von 180 Testhybriden mit einer Nadelinfektion von F. graminearum zur Blüte an zwei Orten. Da der Befall von außen nur teilweise sichtbar ist, müssen für die Befalls­ermittlung die Stängel von Hand aufgeschlitzt werden. Dann wird der Prozentanteil des sichtbar verfärbten (nekrotisierten) Gewebes je Internodium geschätzt und addiert. Wenn mehr als ein Internodium des Maisstängels befallen war, geht die Zahl über 100. Bei einem Wert von 150% waren demnach das zweitunterste Internodium vollständig und das darauffolgende Internodium zur Hälfte sichtbar verbräunt (s. Abb. 9).

Dabei war der Befall im Norden deutlich geringer als im Süden (s. Abb. 8). Die Eckwerte des Befalls zeigen aber auch hier eine sehr große Spannweite zwischen der resistent­esten und der anfälligsten Testhybride. Das ist der entscheidende Anhaltspunkt für die Erfolgsaussichten einer Auslese auf verbesserte Stängelfäuleresistenz. Eine wichtige Resistenzreaktion der Pflanze ist eine verstärkte Lignifizierung des Gewebes. Diese ist aber für Silomais nicht gewünscht, weil sonst die Verdaulichkeit sinkt. Es müssen also andere Resistenzfaktoren gefunden werden. Dies ist die Aufgabe der nächsten Jahre.

Fazit

Fusarium-Krankheiten lassen uns auch im Mais nicht los. Im Fokus steht hier vor allem die Kolbenfäule, weil sie jedes Jahr zu einer Belastung mit Mykotoxinen führt, selbst wenn am Kolben nicht viel zu sehen ist. Die Züchter machen hier zwar eine Negativselektion, es gibt aber praktisch keine resistenten Sorten mit einer Befallsnote von 2–3. Trotzdem haben die besseren Sorten immer einen wesentlich geringeren Toxingehalt als die anfälligen und sind damit eine Versicherung (s. Abb. 1). In engen Mais-/Weizenfruchtfolgen werden die Fusarien in Zukunft eher noch zunehmen. Auch beim Stängelbruch spielen sie eine Rolle, hier ist die Züchtung aber noch ganz am Anfang. Für die Landwirte kommt es hier darauf an, durch Fruchtfolge, ausgewogene Düngung (vor allem Kalium), Bekämpfung des Maiszünslers und rechtzeitige Stoppelbearbeitung den Schäden am Stängel vorzubeugen.