Das Bild zeigt einen dunkelbraunen Hund, der auf den Hinterbeinen steht und sich an einem Apfelbaum aufrichtet.

© AGES / U. Persen

PATDOG: Olfaktorisches Erkennen von pflanzenpathogenen Schaderregern in Dauerkulturen im Obstbau

Projektleitung

Ulrike Persen

Forschungseinrichtung

Österreichische Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit (AGES)

Projektnummer

101929

Projektlaufzeit

-

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus

Allgemeine Projektinformationen

Abstract (deutsch)

Feuerbrand (Erwinia amylovora) und Kastanienrindenkrebs (Cryphonectria parasitica) gehören zu den wirtschaftlich bedeutendsten Schaderregern im Kernobst- bzw. Edelkastanienanbau. Deren frühzeitige Diagnose und das Vernichten der infizierten Pflanzenteile sind wichtige Maßnahmen einer wirkungsvollen Bekämpfungsstrategie und der Verhinderung der Ausbreitung dieser Pflanzenkrankheiten. Sowohl Laboruntersuchungen als auch visuelle Kontrollen sind kostenintensiv und können kein lückenloses Auffinden der Pathogene bzw. der durch sie hervorgerufenen Krankheiten in größeren Beständen garantieren.

Speziell ausgebildete Spürhunde bieten die Möglichkeit, Erreger in symptomlosen und symptomatischen Pflanzen mit hoher Sensitivität und Spezifität aufzufinden. Mit dieser Methode könnten die Schaderreger rasch und nicht invasiv detektiert werden. Die Erreger von Feuerbrand und Kastanienrindenkrebs dienen im Rahmen dieses Projekts als Modellorganismen um die Möglichkeiten und Grenzen der Pathogendetektion mit Hunden auszuloten. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden dann Vorschriften zur Zertifizierung von Pflanzenschutz-Hundeteams ausgearbeitet.

Schlagwörter (deutsch)

Spürhunde, Erwinia amylovora, Cryphonectria parasitica, Latenzinfektion, Pflanzenpathogene

Titel, Abstract, Schlagwörter (englisch)

Titel (englisch)

Olfactory detection of plant pathogens in orchards

Abstract (englisch)

Fire blight (Erwinia amylovora) and chestnut blight (Cryphonectria parasitica) are among the economically most important pests in pome fruit and sweet chestnut cultivation. Their early diagnosis and the eradication of infected plants respectively the removal of infected plant parts are important measures of an effective control strategy and also prevent the spreading of these diseases. Both laboratory tests and visual inspections are cost-intensive and cannot guarantee complete detection of the pathogens or the diseases they cause in large plant populations.

Specially trained detection dogs offer the possibility to find pathogens in symptomless and symptomatic plants with high sensitivity and specificity. This method provides a quick and non-invasive detection of the pathogens.

The causal agents of fire blight and chestnut blight serve as model organisms in this project to explore the possibilities and limits of pathogen detection with dogs. Based on the knowledge gained, regulations for the certification of plant protection dog teams will be developed.

Schlagwörter (englisch)

Erwinia amylovora, Cryphonectria parasitica, latent infection, plant pathogen, scent detection dog

Finanzierung BMLUK

99.446,00 €

Projektziele

Die Detektion der Erreger von Pflanzenkrankheiten in latenten (symptomlosen) Pflanzen und das Auffinden symptomtragender, erkrankter Pflanzen in einem dichten und/oder weitläufigen Bestand stellen in der Praxis eine große Herausforderung dar. Aktuell erfolgt die Detektion von symptomlosen Krankheitserregern über eine stichprobenartige Entnahme von Proben mit anschließender Laboruntersuchung.

Durch die limitierte Anzahl an untersuchten Pflanzen können Infektionen leicht unentdeckt bleiben. In Obstanlagen bleiben auch kleinere symptomatische Krankheitsausbrüche häufig unentdeckt, können sich aber unter geeigneten Bedingungen in kurzer Zeit zu einem ernsten Befall entwickeln. Mit Hilfe von ausgebildeten Spürhunden ist im Gegensatz dazu eine flächendeckende Untersuchung großer Pflanzenbestände schnell und effizient möglich.

Bei der Verbreitung der Erreger spielt infiziertes Pflanzmaterial neben der Ansteckung von Pflanze zu Pflanze eine große Rolle.

Werden bereits infizierte Pflanzen ausgepflanzt, die Erkrankung aber erst zu einem späteren Zeitpunkt entdeckt, kann sich der Erreger unbemerkt in der Pflanze oder auch im Bestand ausbreiten. Bei mehrjährigen Pflanzen können Infektionen zum Teil auch erst mehrere Jahre nach der Pflanzung sichtbar werden. Unentdeckte Infektionen können in der Folge zu großen Ertragsausfällen und nachfolgend erheblichen Kosten für die Sanierung befallener Kulturen führen.

Hunde haben einen ausgesprochen guten Geruchssinn, der vom Menschen zum Beispiel zum Auffinden gefährlicher oder illegaler Substanzen sowie zur Detektion von humanpathogenen Krankheitserregern verwendet wird. Hunde werden weiters eingesetzt, um Gerüchen mit biologischem Ursprung oder lebender Organismen aufzufinden. Ein Beispiel dafür wären Hunde die zur Suchen nach dem Asiatischen Laubholzbockkäfer oder Borkenkäfern verwendet werden. Der Geruchssinn von Hunden ist sowohl quantitativ als auch qualitativ extrem leistungsfähig, so können nicht nur Organismen artspezifisch zugeordnet, sondern auch einzelne Individuen erkannt werden. Außerdem werden flüchtige Substanzen schon in geringsten Konzentrationen (bis zu 0,5 ppt) entdeckt.

Da sich die Physiologie jedes Organismus durch Erkrankungen verändert, ändert sich auch der individuelle Geruch. Diese Tatsache wird z.B. für das olfaktorische Erkennen von Krankheiten bei Menschen durch Hunde eingesetzt und ist auch die Basis für das Aufspüren pflanzlicher Krankheitserreger.

Ziel des Projektes ist es herauszufinden, ob Spürhunde darauf trainiert werden können die Erreger von Feuerbrand (Erwinia amylovora) und des Kastanienrindenkrebses (Cryphonectria parasitica) in Pflanzenbeständen zu erkennen und zu unterscheiden und ob die Hunde diese pathogenen Mikroorganismen auch in geringen Konzentration finden können. Damit soll eine neue Methode etabliert werden, Erreger von Pflanzenkrankheiten in mehrjährigen Kulturen mit Hilfe trainierter Hunde frühzeitig und rasch zu detektieren. Der Vorteil dieser Methode liegt in dem nicht invasiven, raschen und sensitiven Auffinden der genannten Schaderreger. Ein frühes, sicheres Auffinden von Pflanzenkrankheiten bzw. deren Erreger kombiniert mit raschen Hygienemaßnahmen kann eine weitere Ausbreitung verhindern und somit ein effizientes Werkzeug im Rahmen einer integrierten Bekämpfungsstrategie darstellen.

Im Rahmen des Projektes soll herausgefunden werden, bis zu welchen Konzentrationen die Hunde die Pathogene finden und treffsicher anzeigen können bzw. ob die Hunde in der Lage sind, die zu detektierenden Krankheitserreger von verwandten Arten sicher zu unterscheiden. Bei Freilanduntersuchungen sollen Daten zur Effizienz der Hunde erarbeitet werden. Dazu gehören etwa die Vollständigkeit des Absuchens der zu untersuchenden Flächen oder die Höhe der Trefferquote beim Anzeigen infizierter Pflanzen. Es wird auch erarbeitet, wie exakt Hunde die infizierten Pflanzen(teile) erkennen können.
Bei Versuchen unter kontrollierten Bedingungen im Gewächshaus der AGES soll festgestellt werden, ob die Hunde bei ihrer Arbeit die Pathogene von Pflanze zu Pflanze übertragen können bzw. wie hoch das damit verbundene Ausbreitungsrisiko dieser Modellschaderreger ist.

Darüber hinaus soll ein Anforderungsprofil für Pflanzenschutz-Hundeteams erstellt werden, das als Basis für die Inhalte einer entsprechenden Ausbildung dient. Daraus kann eine mögliche Zertifizierung für Hundetrainer*innen und Hunde entwickelt werden.

Praxisrelevanz

Feuerbrand ist eine bakterielle Pflanzenkrankheit, die unter günstigen Witterungsbedingungen und dem Vorhandensein eines entsprechenden Inokulums enorme wirtschaftliche Schäden an Kernobst verursachen kann. Eine direkte Bekämpfung des Erregers durch Pflanzenschutzmittel ist nur vorbeugend möglich, aber es gibt es kaum gut wirksame zugelassene Präparate, die eingesetzt werden könnten. Vorbeugende und sanierende Kulturmaßnahmen nehmen daher einen überaus wichtigen Stellenwert im Rahmen einer Bekämpfungsstrategie ein.

Der pilzliche Schaderreger C. parasitica befällt die Rinde von Stämmen und Ästen der amerikanischen und europäischen Edelkastanien und unterbricht die Wasser-Nährstoffaufnahme. Oberhalb der Befallsstelle welken die Bäume und sterben ab. Die Sanierung von befallenen Bäumen ist in Österreich nur durch großzügiges Ausschneiden der betroffenen Rindenteile möglich, aber diese Maßnahme ist nicht immer erfolgreich. Sobald der Erreger Fruchtkörper und in der Folge Konidien gebildet hat, ist die Übertragung des Pilzes auf andere Pflanzen und eine Infektion über Wunden sehr wahrscheinlich.

Für beide Krankheiten gilt: Je früher Infektionen entdeckt werden, umso effizienter und kostengünstiger ist deren Sanierung (Ausschneiden oder Rodung). Das Auffinden von Infektionsquellen in größeren Beständen bzw. deren Umgebung kann daher größere Ausbrüche verhindern bzw. den Ausgangspunkt von Infektionen feststellen. Die Detektion im nicht symptomatischen Pflanzgut oder in Baumschulen verhindert das Auspflanzen bereits infizierter Wirtspflanzen und die Verbreitung der Krankheitserreger.

Die Erarbeitung von Vorschriften für die Zertifizierung von Spürhunden schafft die Möglichkeit für die Etablierung einer standardisierten, qualitativ hochwertigen Methode zur frühzeitigen Auffindung der Pathogene und könnte auf andere pflanzliche Schaderreger erweitert werden.

Berichte

Abschlussbericht

Kurzfassung

Das Projekt "Olfaktorisches Erkennen von pflanzenpathogenen Schaderregern in Dauerkulturen im Obstbau (PATDOG)" hat die Fähigkeit von Hunden untersucht, Pflanzenpathogene wie Erwinia amylovora (Erreger des Feuerbrands bei Kernobst) und Cryphonectria parasitica (Erreger des Kastanienrindenkrebs in Edelkastanien) in Obstplantagen zu erkennen. Ziel des Projekts war, eine frühzeitige Diagnose und Bekämpfung dieser Krankheiten zu ermöglichen, um wirtschaftliche Schäden zu minimieren. Im Rahmen des Projekts wurden sowohl Hunde aus einem Tierheim sowie bereits ausgebildete Spürhunde auf ihre Eignung Pflanzenpathogene zu erkennen, trainiert und getestet. In der Trainingsphase wurde das Detection Dog Training System (DDTS) verwendet, um die Hunde auf die Gerüche der Pathogene zu konditionieren. Ihre Fähigkeit zur Differenzierung zwischen Ziel- und verschiedenen Ablenkungsgerüchen wurde sowohl mit dem DDTS als auch am Line-up überprüft. Darüber hinaus wurde in weiteren Trainingsschritten auch an infizierten Pflanzen gearbeitet. Sowohl unter kontrollierten Versuchsbedingungen als auch im Feld zeigten die Hunde eine hohe Genauigkeit bei der Erkennung der Testpathogene. Sie konnten Kulturen von E. amylovora und C. parasitica und damit infizierte Pflanzen mit einer Genauigkeit von 84% bis zu 100% identifizieren, unabhängig davon, ob die Pflanzen symptomatisch waren oder nicht. Die Untersuchung möglicher Verschleppungen der Pathogene ergab keine Hinweise auf eine Kontamination der Hunde. Zusätzlich wurden die Hunde darauf trainiert, sowohl Gerüche direkt an infizierten Pflanzen als auch aus rund um die Pflanzen angesaugter Luft zu erkennen. Besonders das Absaugen als nicht-invasive Methode ermöglicht ein schnelles Screening großer Baumbestände. Das Projekt entwickelte zudem eine grobes Trainingskonzept und eine Strategie für den praktischen Einsatz der Hunde in Obstanlagen. Diese umfassen sowohl die systematische Absuche von Baumreihen unter Berücksichtigung der Windrichtung, als auch die Verwendung von Ersatzgerüchen für Trainingszwecke. Die Ausarbeitung von Anforderungen für eine Zertifizierung der Pflanzenschutzhundeteams wurde im Zuge des Projektes ebenfalls erstellt. Damit kann sichergestellt werden, dass die Hunde und ihre Führer:innen die erforderlichen Fähigkeiten besitzen, um qualitativ hochwertig im Feld zu arbeiten. Die Ergebnisse des Projekts zeigen, dass Spürhunde eine wertvolle Ergänzung zu bestehenden Maßnahmen der Pflanzengesundheit darstellen können. Sie bieten eine schnelle, sensitive und nicht-invasive Möglichkeit, Pflanzenkrankheiten frühzeitig zu erkennen und damit deren Ausbreitung zu verhindern bzw. frühzeitig einzudämmen.

Berichtsdateien

Olfaktorisches Erkennen von pflanzenpathogenen Schaderregern in Dauerkulturen im Obstbau (PATDOG)

Abstract (deutsch)

Das Projekt "Olfaktorisches Erkennen von pflanzenpathogenen Schaderregern in Dauerkulturen im Obstbau (PATDOG)" untersuchte die Fähigkeit von Hunden, Pflanzenpathogene wie Erwinia amylovora (Erreger des Feuerbrands bei Kernobst) und Cryphonectria parasitica (Erreger des Kastanienrindenkrebs in Edelkastanien) in Obstplantagen zu erkennen. Ziel des Projekts war, eine frühzeitige Diagnose und Bekämpfung dieser Krankheiten zu ermöglichen, um wirtschaftliche Schäden zu minimieren. Im Rahmen des Projekts wurden sowohl Hunde aus einem Tierheim sowie bereits ausgebildete Spürhunde auf ihre Eignung Pflanzenpathogene anzuzeigen, getestet und trainiert. Am Beginn wurde das Detection Dog Training System (DDTS) verwendet, um die Hunde auf die Gerüche der Pathogene zu konditionieren und ihre Fähigkeit zur Differenzierung zwischen Ziel- und Ablenkungsgerüchen zu überprüfen. Darüber hinaus wurde in weiteren Trainingsschritten auch an infizierten Pflanzen gearbeitet. Sowohl unter kontrollierten Versuchsbedingungen als auch im Feld zeigten die Hunde eine hohe Genauigkeit bei der Erkennung der Testpathogene. Sie konnten Kulturen von E. amylovora und C. parasitica und damit infizierte Pflanzen mit einer Genauigkeit von 84% bis zu 100% identifizieren, unabhängig davon, ob die Pflanzen symptomatisch waren oder nicht. Die Untersuchung möglicher Verschleppungen der Pathogene ergab keine Hinweise auf eine Kontamination der Hunde. Die Hunde wurden darauf trainiert, sowohl Gerüche von infizierten Pflanzen als auch aus angesaugter Luft zu erkennen. Diese nicht-invasive Methode ermöglicht ein Screening großer Baumbestände. Das Projekt entwickelte zudem eine Strategie für den praktischen Einsatz der Hunde in Obstanlagen. Diese umfasst die systematische Absuche von Baumreihen unter Berücksichtigung der Windrichtung und die Verwendung von Ersatzgerüchen für Trainingszwecke. Die Ausarbeitung von Anforderungen für eine Zertifizierung der Pflanzenschutzhundeteams wurde im Zuge des Projektes ebenfalls erstellt. Damit kann sichergestellt werden, dass die Hunde und ihre Führer:innen die erforderlichen Fähigkeiten besitzen, um effektiv im Feld arbeiten zu können. Die Ergebnisse des Projekts zeigen, dass Spürhunde eine wertvolle Ergänzung zu bestehenden Maßnahmen der Pflanzengesundheit darstellen können. Sie bieten eine schnelle, sensitive und nicht-invasive Möglichkeit, Pflanzenkrankheiten frühzeitig zu erkennen und damit deren Ausbreitung zu verhindern.

Abstract (englisch)

The project "Olfactory Detection of Plant Pathogens in Perennial Crops in Fruit Growing (PATDOG)" investigated the ability of dogs to detect plant pathogens such as Erwinia amylovora (causal agent of fire blight in pome fruit) and f (causal agent of chestnut blight in sweet chestnut) in orchards. The aim of the project was to enable early diagnosis and control of these diseases to minimize economic damage. Both shelter dogs and already experienced detection dogs were tested and trained for their suitability to detect plant pathogens. Initially, the Detection Dog Training System (DDTS) was used to condition the dogs to the odors of the pathogens and to test their ability to differentiate between target and distracting odors. Additionally, further training steps involved working with infected plants.

The dogs demonstrated high accuracy in detecting the pathogens, both under controlled experimental conditions and in the field. They were able to identify cultures of the tested pathogens and infected plants with an accuracy ranging from 84% to 100%, regardless of whether the plants were symptomatic or not. The investigation of potential pathogen spread showed no evidence of contamination of the dogs. The dogs were also trained to detect odors from infected plants in air samples, providing a non-invasive method for screening large orchards.

The project also developed a strategy for the practical use of the dogs in orchards. This includes the systematic search of tree rows considering wind direction and the use of substitute odors for training purposes. Requirements for the certification of plant protection dog teams were also developed during the project. This ensures that the dogs and their handlers possess the necessary skills to work effectively in the field.

The results of the project show that scent detection dogs can be a valuable addition to existing plant health measures. They offer a fast, sensitive, and early detection of plant diseases and thus enabling prevention of their spread.

Autor/innen

Persen, U., Slotta-Bachmayr, L., Reiterer, J., Gottsberger, R.