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Fusarium-Infektionen sind ein ernstes Problem im Weizenanbau, da die ausgeschiedenen Mykotoxine gesundheitsschädlich sind. Die Krankheitssymptome sind durch bildanalytische Methoden im Vorfeld der Ernte detektierbar, so dass befallene Partien getrennt geerntet werden könnten. Künstlich mit Fusarium culmorum infizierte Weizenpflanzen wurden mittels Chlorophyllfluoreszenz- und hyperspektraler Bildanalyse in Zeitreihenversuchen analysiert. Bei den Chlorophyllfluoreszenz-Bildanalysen wurde die photosynthetische Effizienz (Fv/Fm) und deren räumliche Ungleichverteilung genutzt, um den Effekt des Krankheitsgrades auf die photosynthetische Aktivität zu ermitteln. Mit dieser Methode ist eine sehr frühzeitige Erkennung möglich, da eine Verringerung der photosynthetischen Effizienz bei den kranken Ähren zwischen dem 6. und 11. Tag nach Inokulation festgestellt wurde. Der Befallsgrad korreliert mit der photosynthetischen Effizienz. Die Berechnung des kumulativen Fv/Fm bei 0,3 führte zu einer sehr effektiven und genauen Erkennung der Partiellen Taubährigkeit ab einem Befallsgrad von mindestens 5% und einer Differenzierungsgenauigkeit von 10%. Die Chlorophyllfluoreszenz-Bildanalyse war unter Freilandbedingungen bei Einhaltung der Rahmenbedingungen zur Fusarium-Erkennung ebenfalls möglich, wenn auch mit schlechteren Erkennungsraten. Die Aufnahmen im Labor mit einem hyperspektralen Bildanalysesystem im Spektralbereich von 400-1000 nm zeigten Unterschiede in distinkten Wellenlängenbereichen und lassen die Erkennung kranker Ähren in einem Zeitfenster von BBCH 71 bis BBCH 85 zu. Die bildanalytische Klassifizierung mittels des „Spectral Angle Mapper“ liefert gute Ergebnisse, ist aber sehr zeitaufwändig. Alternativ dazu nutzt der neu erstellte head blight-Index (HBI) die spektralen Unterschiede im Bereich 665-675 nm und 550-560 nm und kann eine feldtaugliche Klassifizierungsmöglichkeit zur Erkennung von Partieller Taubährigkeit sein. Fusarium infections are serious problems in wheat production. Mycotoxins, synthesised by the fungi, are toxic and harmful in both human and animal nutrition. The symptoms of this so-called head blight disease caused by Fusarium spp. are recognizable by various image analysis methods prior to harvest. Using this information, farmer could differently utilize affected cereals, if necessary. Healthy and artificially Fusarium culmorum-infected wheat plants were analyzed with a chlorophyll fluorescence and hyper-spectral imaging system in time series. With chlorophyll fluorescence imaging (CFA), the potential maximum photochemical efficiency (Fv/Fm) and its spatially variable distribution was analyzed to determine the interactions between the degree of disease and the photosynthetic activity. By means of this method, early recognition was reliably achieved by a decreased photochemical efficiency in diseased ears between 6th and 11th day after inoculation. The degree of disease correlated with photochemical efficiency. At a degree of Fusarium infection of 5% and higher, calculation of the cumulative Fv/Fm at 0.3 enabled a very effective and precise determination of Fusarium head blight with a differentiation accuracy of at least 10%. Though less effective, CFA successfully detected head blight under outdoor conditions, if some boundary conditions (e.g. no direct solar irradiation) were observed. In the laboratory, a hyperspectral imaging system (wave length range 400 to 1000 nm) indicated specific spectral differences between affected and unaffected wheat ears. These differences allowed head blight recognition during BBCH 71 to BBCH 85. Imaging classification with the “Spectral Angle Mapper” method achieved good results; it is, however, very time-consuming. Alternatively, the newly derived head blight index (HBI), using spectral differences in the wave length ranges of 665 to 675 nm and 550 to 560 nm, can be a suitable outdoor classification method to evaluate head blight.

Die Bekämpfung des Befalls von Triticale mit Ährenfusariosen ist bisher nur unzureichend möglich, daher verspricht man sich durch die Resistenzzüchtung erhebliche Verbesserungen hinsichtlich einer Verringerung des Mykotoxingehaltes. Seit 2006 bestehen vom Gesetzgeber europaweit strenge Grenzwerte für Deoxynivalenol (DON) in Lebensmitteln. Die Belastung durch Mykotoxine, die durch den Befall mit Ährenfusariosen verursacht werden, führen bei Triticale zusätzlich zu hohen Ertragsverlusten. Darüber hinaus verursacht es in der Fütterung erhebliche Gesundheitsprobleme der Tiere, insbesondere in der Schweinefütterung, und über die verringerte Futteraufnahme zu finanziellen Verlusten des Landwirts. Die Resistenz gegen Ährenfusariosen wird bei Triticale quantitativ mit einer überwiegend additiven Genwirkung vererbt und ist deshalb nur durch aufwändige Feldprüfungen sicher zu erfassen. Molekulare Marker beschleunigen den Zuchtgang und ermöglichen die gezielte Introgression von günstigen QTL. In dieser Doktorarbeit sollten deshalb durch den innovativen Einsatz molekularer Marker Möglichkeiten zur Erhöhung der Resistenz von Triticale gegenüber Ährenfusariosen untersucht werden. Ziele waren die Aufklärung der Mechanismen zur Vererbung von Resistenz mittels mehrortigen und mehrjährigen Feldversuchen, wie auch die Verringerung der Mykotoxinanhäufung, das Erstellen von genetischen Karten für zwei Kreuzungspopulationen und die Identifikation von QTL für die Merkmale Ährenschieben, Wuchshöhe, DON und Fusarium-Resistenz. Es zeigten sich in allen Populationen signifikante Unterschiede zwischen den einzelnen Genotypen für die genannten Merkmale. Die Ährenbefallswerte betrugen je nach Standort und Jahr im Mittel zwischen 8 und 43 %. Die Heritabilitäten waren relativ hoch (0,7 - 0,82). Die große Bedeutung der Genotyp-Ort-Interaktion zeigte, dass mehrortige und mehrjährige Prüfungen unbedingt erforderlich sind. Zwischen Ährenbefall und Wuchshöhe bzw. Ährenschieben (EC-Stadium) ergab sich kein bzw. nur ein mittlerer, jedoch signifikanter Zusammenhang. Die Korrelation zwischen DON-Gehalt und Ährenbefall lag zwischen r = 0,3 und r = 0,65. Diese Ergebnisse sind zu unpräzise, um eine zuverlässige Vorhersage des DON-Gehalts anhand des Ährenbefalls zu ermöglichen. Die Kartierung der Kreuzungspopulationen LASKO x ALAMO und LASKO x TRIMESTER wurde mit Hilfe von SSR- und DArT-Markern durchgeführt. Anhand der besseren Chromosomenabdeckung durch DArT-Marker ist der Polymorphiegrad von 7 bis 12 % auf 9 bis 18 % gestiegen. Es wurden genetische Karten mit Gesamtlängen von 1815 bzw. 1407 cM und durchschnittlichen Markerabständen von 5,19 und 4,54 cM erstellt. Bei der QTL-Analyse beider Populationen wurden in der Kreuzungspopulation LASKO x ALAMO für das Ährenschieben sechs QTL, für die Wuchshöhe vier QTL, für den DON-Gehalt ein QTL und für die Fusarium-Resistenz vier QTL detektiert. Diese erklärten 8 bis 66 % der phänotypischen Varianz. Für die Population der Kreuzung LASKO x TRIMESTER wurden jeweils zwei QTL für Ährenschieben, ein QTL für Wuchshöhe und zwei QTL für Fusarium-Resistenz gefunden, die 3 bis 41 % der phänotypischen Varianz erklärten. Andere QTL-Studien bei Weizenpopulationen zeigten ähnlich hohe Effekte. Der Einsatz molekularer Marker zur Erhöhung der Selektionseffizienz dürfte in naher Zukunft möglich sein, gentechnologische Methoden zur Fusariumresistenz und Toxinverminderung sind in der Entwicklung. Bei Triticale wurden bisher weder komplette genetische Karten publiziert, noch sind QTL-Studien zu Fusariumresistenz oder DON bekannt. Die Züchtung auf Resistenz gegen Ährenfusariosen ist aufwändig, da die Resistenz durch mehrere Gene vererbt wird und mehrfach im Züchtungsverlauf Resistenzprüfungen mit Inokulation erforderlich sind. Günstig ist die additive Genwirkungsweise, so dass sich unterschiedliche Resistenzgene von verschiedenen Eltern kombinieren lassen. Rekurrente Selektionsprogramme, phänotypische und markerbasierte Selektion sind bereits effektive Methoden in der Pflanzenzüchtung, um eine weitere Verbesserung der Resistenz gegen Ährenfusariosen zu züchten und die Mykotoxinbelastung von Triticale zu reduzieren. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit sind für die weitere Nutzung in der Züchtung resistenter Sorten sehr vielversprechend. Fusarium head blight (FHB) is an epidemic disease of cereals but disease control still is insufficiently possible. Resistance breeding can be addressed as one approach to reduce the mycotoxin contents. Since 2006 the European Union had strict rules governing the values for Desoxinivalenol (DON) in food products. The extraordinary loads through mycotoxins in triticale, which are caused by FHB, lead to large reductions in grain yield and quality. Beyond the fact that it can cause health issues in animals, especially in pig feed, it may induce financial burdens for farming industries. Resistance against FHB is inherited quantitatively with mainly additive effects and therefore is only recorded by complex field experiments. Molecular markers accelerate resistance breeding and enable specific introgressions of favorable QTL. The main topic of this thesis is to show the application possibilities of molecular markers for the investigation of FHB resistance in triticale. In detail this study aims to analyze factors leading to a minimized mycotoxin accumulation in perennial field trials at several locations. Furthermore genetic maps of two different crossing populations were compiled and QTL mapping for ear appearance, plant height, DON content and FHB resistance was implemented. For all populations significant varieties had been displayed for all characteristics. The average values for FHB rate were between 8 and 43 % depending on year and location. The heritability?s showed high values for each population (h2 = 0.7 ? 0.82). The substantial genotype-environment-interaction pointed out the importance of field experiments. Furthermore no significant correlation was obtained between ear appearance and plant height. Due to the fact that the correlation factor between DON-content and FHB rate was very low (r = 0.32) to moderate (r = 0,65). Therefore no assumption about the DON-content subjected to the FHB rate could be made. The mapping of both populations LASKO x ALAMO and LASKO x TRIMESTER has been accomplished with SSR- and DArT-markers. The rate of polymorphism could be increased from 7 - 12 % respectively to 9 - 18 %. Genetic maps were constructed with length of 1.815 and 1.407 cM. They indicated 5.19 and 4.54 cM in their average marker distances. Throughout the QTL mapping several QTL were detected (6 QTL for ear appearance, 4 QTL for plant height, 1 QTL for DON-content and 4 QTL for FHB rate). These QTL explained 8 to 66 % of the phenotypical variance. In addition crossing populations of LASKO x TRIMESTER showed 2 QTL for ear appearance, 1 for plant height and 2 QTL for FHB resistance, which could explain 3 to 41 % of the phenotypical variance. This was also observed in several other QTL-surveys for wheat. Prospectively using molecular markers and genetically engineered methods will increase the research and development of resistant varieties and lead to a reduced mycotoxin accumulation. So far neither genetic maps nor any QTL studies for FHB resistance or DON-content in triticale have been published. Due to the fact that resistance is transmitted by several genes numerous artificial inoculations have to be carried out during breeding. Additive gene effects are useful to combine several resistance genes from different parents. Established methods in plant breeding such as recurrent selection, phenotypical and marker-based selection are successfully in use to reduce FHB- symptoms and to reduce the mycotoxin value but these methods have to be improved. The results of this thesis are promising for a superior resistance breeding in the future.

graph. Darst.

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Ill., graph. Darst.

Ährenfusariosen können bei Getreide zu erheblichen Ertrags- und Qualitätseinbußen führen. Zusätzlich kommt es zu einer Anreicherung von giftigen Stoffwechselprodukten, den sogenannten Mykotoxinen. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Schätzung von quantitativ-genetischen Parametern für die Optimierung eines Zuchtschemas zur Verbesserung der Resistenz gegen Ährenfusarien bei Triticale. Das untersuchte Material bestand aus zehn Elternlinien mit divergenter Resistenzausprägung sowie deren 45 diallele F1-Kreuzungen, 15 daraus ausgewählten F2-Nachkommenschaften eines Diallels aus sechs Elternlinien, 30 Rückkreuzungen und fünf F2:3-Teilramschen. Diese wurden in jeweils mehreren Umwelten (Orte, Jahre) nach künstlicher Inokulation mit Fusarium culmorum auf ihre Anfälligkeit (Ähren-, Kornbonitur, Ertragsverluste) geprüft. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden drei Experimente mit unterschiedlicher Fragestellung durchgeführt. In Experiment 1 wurde der Einfluss des Fusarienbefalls auf Ertragsmerkmale der zehn Eltern untersucht. Das Tausendkorngewicht und das Ährengewicht waren mit 10,0% bzw. 9,3% Verminderung gegenüber einer nicht-inokulierten Variante stärker betroffen als die Kornzahl pro Ähre (4,3%) und das Volumengewicht (7,4%). Die künstliche Inokulation bewirkte auch einen deutlich erhöhten Gehalt an Deoxynivalenol (DON; 26,4 mg۰kg-1) und Exoantigenen (1,34 OD) im Korn. Bei den Bonitur- und relativen Ertragsmerkmalen zeigte sich eine signifikante genotypische Varianz und GenotypxUmwelt-Interaktionsvarianz. Die Korrelationen zwischen den Boniturmerkmalen und Tausendkorn- bzw. Volumengewicht waren negativ und hoch. Dies traf auch auf die Beziehung zwischen dem Ährengewicht und der Kornzahl pro Ähre zu. Zwischen Ährenbonitur und Ährengewicht bzw. Kornzahl pro Ähre bestanden negative und eher moderate Korrelationen. In Experiment 2, das die Schätzung von Kombinationsfähigkeit, Hybridleistung und Heterosis zum Ziel hatte, war die Bedeutung der Heterosis für die Ähren- und Kornbonitur gering. Dagegen konnte bei den F1-Kreuzungen ein um 15,5% erhöhter DON-Gehalt im Vergleich zum Elternmittel gefunden werden. Bei beiden Boniturmerkmalen ließ sich die F1-Leistung weitgehend aus der Elternleistung (Ähren- und Kornbonitur: r=0,8) vorhersagen. Für alle Merkmale, ausgenommen dem Exoantigen-Gehalt, war die Varianz der Allgemeinen Kombinationsfähigkeit hoch signifikant und meist deutlich höher als die Varianz der Spezifischen Kombinationsfähigkeit, was auf eine additive Vererbung der Resistenz hindeutet. Bei der Ährenbonitur weist die signifikante Varianz der Spezifischen Kombinationsfähigkeit zusätzlich auf eine Beteiligung von dominanten Effekten an der Resistenz hin. Die Beziehung zwischen der Eigenleistung der Eltern und deren Effekt der Allgemeinen Kombinationsfähigkeit war eng. Experiment 3 diente der Erfassung der Aufspaltungsvariation und der Schätzung von genetischen Effekten. Die selektierten und geprüften sechs Eltern wurden diallel gekreuzt und mit ihren 15 F2-Nachkommenschaften im Einzelpflanzenanbau geprüft. Sie zeigten ein ähnlich hohes Resistenzniveau. Im Vergleich dazu war die Resistenz der Rückkreuzungen zum resistenten Elter höher und zum anfälligen Elter geringer ausgeprägt. Es konnten signifikante Unterschiede zwischen den Mittelwerten der 15 Kreuzungen beobachtet werden. Die Variation der Genotypen innerhalb einer Kreuzung sowie die der Eltern war hoch. Bei keiner der untersuchten Kreuzungen zeigte sich Transgression. Der Anteil an resistenten Nachkommen stieg tendenziell mit dem Resistenzniveau der beiden Eltern. Im Mikroparzellenanbau hatten die Eltern und F2:3-Nachkommenschaften ein ähnlich hohes Resistenzniveau. Bei allen Nachkommenschaften war der additiv-genetische Effekt deutlich höher als der dominante Effekt. Ein entgegengesetztes Bild zeigte sich bei den F1-Kreuzungen. Hier war der dominante Effekt höher als der additiv-genetische Effekt. Die Ergebnisse zeigen signifikante genetische Variation im untersuchten Material, das zur Selektion genutzt werden kann. Die überwiegend additive Vererbung der Resistenz ermöglicht eine Selektion der Eltern aufgrund deren Eigenleistung. Zur Erfassung der Resistenz sind Untersuchungen in mehreren Umwelten notwendig, worauf die signifikanten und hohen GenotypxUmwelt- Interaktionen hindeuten. Ähren- und Kornbonitur sind geeignet, um ein großes Sortiment in verschiedenen Umwelten zu selektieren. Wegen der teilweise nur moderaten Korrelationen zwischen den Bonitur- und Ertragsmerkmalen ist für eine genauere Informationen über die Ertragsleistung eines Genotyps die zusätzliche Einbeziehung eines Ertragmerkmals notwendig. Aufgrund der hohen nicht-genetischen Variation der F2-Einzelpflanzen sollte die Prüfung der Resistenz frühestens in den F3-Nachkommenschaften durchgeführt werden. Eine rasche Verbesserung der Resistenz kann wegen der vorwiegend additiven Vererbung durch ein rekurrentes Selektionsprogramm erwartet werden. Fusarium head blight (FHB), caused by Fusarium culmorum (W.G. Smith) Sacc. and F. graminearum Schwabe, is recognized as one of the most destructive diseases of small-grain cereals. Fusarium infection can cause substantial yield losses. Infected grain may also be contaminated by mycotoxins that are harmful to humans and livestock. Agronomical measures and fungicides are only partly effective in controlling FHB. The development of disease-resistant cultivars together with appropriate crop management practices are effective strategies to control FHB. In this study, seven triticale cultivars and three breeding strains, representing a range of FHB resistances, their 45 diallel F1 crosses, progenies of 15 F2s from a six-parent diallel and their 30 backcrosses (BC, 15 to each parent), and five F2:3 bulks were investigated. Parents and their progenies were grown in several environments (years, locations) and tested for FHB resistance after artificial inoculation with Fusarium culmorum. Within the scope of this study, three experiments were conducted to estimate various quantitative-genetic parameters of several traits. In Experiment 1, the influence of FHB on yield-related traits of the ten parents was assessed. Compared to a non-inoculated variant, Fusarium reduced 1000-grain weight by 10.0%, spike weight by 9.3%, the number of kernels per spike by 4.3%, and test weight by 7.4%. Inoculation also increased deoxynivalenol (DON, 26.4 mg kg-1) and exoantigen (1.34 OD). content of the kernels. Genotypic variation and genotype-environment interaction were significant for all traits. The correlation between symptom ratings (spikes, kernels) and yield traits and between spike weight and kernels per spike were negative and high. The aim of Experiment 2 was to estimate combining ability, hybrid performance and heterosis for FHB ratings, DON and exoantigen content. Heterosis of FHB for spike and kernel rating was small. Across environments, the DON content in F1 crosses, however, was 15.5% higher than their mid-parent value. A high and significant (P = 0.01) correlation of r = 0.8 was found for both spike and kernel FHB symptom ratings between mid-parent and F1 performance. Except for exoantigen content, the general combining ability (GCA) was the main source of variation, suggesting additive gene effects for FHB resistance. Significant specific combining ability variance implies non-additive types of allelic interaction also. Therefore, in some crosses dominant effects can play an important role. The relationship between the GCA effect of a parent and its per se performance was close. In Experiment 3, genetic variation and effects for FHB resistance were estimated in segregating generations. The resistance level of the parents and their F2 progenies were similar. In contrast, the resistance of the BC progenies to the resistant parent was considerably higher than that of the backcrosses to the susceptible parent. Significant differences between the means of the 15 crosses and a high genetic variation within crosses were observed. Transgression could not be detected. F2:3 bulks and their parents had a comparable resistance level. For F2 and BC progenies, the additive effect was more important than the dominant effect. In contrast, the F1 crosses had a higher dominant effect, but with a large error. The study revealed considerable genetic variation in all generations for FHB resistance that can be exploited in a breeding programme. The mainly additive genetic effect makes it possible to select crossing parents on the basis of their per se performance. Due to the importance of genotype-environment interaction, resistance tests in various environments are strongly recommended. Screening for FHB resistance can best be accomplished by assessing symptom ratings of spikes and/or the spike weight relative to a non-inoculated variant. The high cross-environment interaction variance in the F2 generation points to the problem of selecting in unreplicated segregating material. Selection should be postponed to the F3 or later generations. The large genetic variation of FHB resistance and the preponderance of additive gene effects are encouraging to further increase resistance in triticale by recurrent selection.

Eine besondere Gefahr für die Getreidequalität durch Fusarium culmorum besteht in der Bildung von Trichothecenen. Die Prophylaxe durch pflanzenzüchterische Maßnahmen kann in hohem Maße effektiv sein. Ziel dieser Arbeit war es, die durch Fusarium culmorum verursachten Trichothecengehalte bei Getreide in Abhängigkeit von Wirts- und Erregergenotyp, von physiologischen Faktoren sowie deren Interaktionen zu untersuchen. In Feldversuchen mit bis zu 12 Roggen-, 6 Triticale- und 8 Weizen-Genotypen (G) wurden 1995-1997 die Einflüsse von 6 Umwelten (U), 2 Inokulationsterminen (IT), 2 Pilzisolaten (I) und 5 Konidiendichten (K) und ihre Interaktionen untersucht. Bei je 2 Wirtsgenotypen mit 6 Ernteterminen (E) wurde die Trichothecen-Kinetik in den Ähren nachgezeichnet. Bei je 2 Wirtsgenotypen wurde der Effekt von 2 Temperatur-(T) und 2 Luftfeuchtigkeitsstufen (L) in der Klimakammer untersucht. Die Deoxynivalenol-(DON-)Akkumulation betrug im Mittel bei Roggen, Triticale und Weizen 41, 46 bzw 82 mg kg-1. Die genotypischen Effekte waren bei Roggen und Weizen signifikant. Bei allen Getreidearten ergaben sich bedeutende GxU-Interaktionen. Der DON-Gehalt korrelierte bei Weizen mit allen Resistenz-merkmalen, bei Roggen nur mit der Relativen Spezifischen Kornmasse. Die Inokulation zur Vollblüte bewirkte bei Triticale und Weizen höhere DON-Gehalte als die Inokulation zum Ährenschieben. Bei Roggen war kein Effekt des Inokulationstermins nachweisbar, dafür war die GxIT-Interaktion signifikant. Das Nivalenol-(NIV-)bildende Isolat führte zu geringeren Trichothecengehalten als das DON-bildende. Dieser Effekt war nur bei Roggen und Triticale signifikant; bei Weizen trat dagegen eine signifikante GxI-Interaktion auf. Bereits eine Woche nach der Inokulation konnten zum Teil erhebliche DON-Konzentrationen in den geernteten Ähren nachgewiesen werden, insbesondere bei Weizen. 3 bis 6 Wochen nach der Inokulation wurden maximale DON-Gehalte erreicht (bei Weizen bis über 300 mg kg-1). Die NIV-Gehalte lagen stets unterhalb der DON-Gehalte. Zur Reife hin sanken die DON-Gehalte etwas ab, die NIV-Gehalte nahmen jedoch weiter zu. Am bedeutendsten waren die ExU- sowie die ExI-Interaktionen. Der Trichothecengehalt in der Spreu, bestimmt zu den letzten zwei Terminen, war zwei- bis viermal höher als in den Körnern. Mit zunehmender Konidiendichte wurden ansteigende Gehalte an DON plus 3-Acetyl-DON bestimmt. Es ergaben sich hoch signifikante GxK-Interaktionen. Die höchsten Heritabilitäten lagen bei den hohen Konidiendichten vor. Die hohe Luftfeuchtigkeit bedingte höhere Trichothecengehalte im Korn; beim Faktor Temperatur war es umgekehrt. Bei Roggen und Weizen scheint die GxT-Interaktion zu den hohen GxU-Interaktionen beizutragen, bei Triticale zusätzlich die GxL-Interaktion. In frühen Züchtungsstadien können geeignete Hilfsmerkmale eine teure Trichothecen-bestimmung bei der Selektion ersetzen. In fortgeschrittenen Generationen sollten jedoch Prüfungen in mehreren Umwelten bei Inokulationen mit hohen Konidiendichten und direkter Toxinanalyse erfolgen. Fusarium culmorum causes specific hazards of cereal quality by the producion of trichothecenes. Prophylaxis by plant breeding can be highly effective. The aim of this study was to investigate the accumulation of trichothecenes in cereals with regard to host and fungal genotype, to physiological factors and the resulting interactions. To determine the effects of 6 environments (E), 2 inoculation dates (ID), 2 fungal isolates (I), and 5 conidia concentrations (C) and their interactions, field trials with up to 12 rye, 6 triticale, and 8 wheat genotypes (G) were conducted in 1995-1997. Kinetics of trichothecene in the heads were described with 6 harvest dates (H) in 2 host genotypes each. In a growth chamber, 2 levels of temperature (T) and 2 of relative humidity (R) were investigated by using 2 host genotypes each. Average deoxynivalenol (DON) accumulation of rye, triticale, and wheat was 41, 46, and 82 mg kg-1, respectively. Genotypes differed significantly in rye and wheat. In all cereal species, GxE interactions were important. In wheat, DON content was highly correlated to all resistance traits, whereas in rye only a tight correlation existed to the relative specific grain weight. In triticale and wheat, inoculation at full anthesis resulted in higher DON contents than inoculation at heading. In rye, no effect of inoculation date was found. In contrast, GxID interaction was significant in rye. The nivalenol (NIV) producing isolate led to lower trichothecene contents than the DON producing isolate. This effect was found to be significant only in rye and triticale. Significant GxI interactions occurred in wheat only. Even one week after inoculation, considerable DON concentrations could be obtained in harvested heads, especially in wheat. Maximum DON contents were observed between 3 and 6 weeks after inoculation (in wheat: partially above 300 mg kg-1). NIV contents were always lower than DON contents. Until full ripening, DON contents slightly decreased, whereas NIV contents increased continuously. HxE and HxI interactions were most important. Trichothecene content in chaff and spindles was 2-4 fold higher than in the respective kernels at 6 and 8 weeks after inoculation. With higher conidia concentrations, increasing contents of DON+3-Acetyl-DON were measured. GxC interactions were highly significant. Highest heritabilities were found in the upper concentration levels. When the relative humidity was high, trichothecene concentrations of kernels were superior. With the temperature, an inverse effect was obtained. It seems that GxT interaction contributed most to GxE in rye and wheat, in triticale also the GxR interaction. In conclusion, assisting resistance traits may replace an expensive quantification of trichothecenes in early generations. In advanced generations, tests should be conducted in several environments with high conidia concentrations, and a toxin analysis should be carried out directly.

Mitteilungen aus der Biologischen Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft, Berlin-Dahlem, vol. 238