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Doctoral Thesis
2025
Assessment of induced resistance in Agrostis stolonifera after application of UV-C irradiation and antagonistic microorganisms
Assessment of induced resistance in Agrostis stolonifera after application of UV-C irradiation and antagonistic microorganisms
Abstract (English)
Agrostis stolonifera is a cool season grass widely used on golf courses and sports turf, where disease management requires intensive maintenance. Increasing restrictions on pesticide use have intensified the search for alternative, sustainable plant protection strategies. One potential approach is the application of low-dose UV-C irradiation (280 nm) to induce protection against pathogens through the stimulation of plant defences in turfgrass.
This study investigated the effects of UV-C irradiation on A. stolonifera, with a particular focus on the expression of the defence-related genes PR3 and NPR1 (Non-expresser of PR genes).
Turfgrass was exposed to single or repeated UV-C treatments under greenhouse conditions using doses ranging from 30 to 180 mJ/cm², corresponding to irradiation times of 1–6 s. Leaf samples were collected at defined intervals following treatment, and gene expression was quantified using RT-qPCR with TEF1-α as the reference gene. Defence-related gene expression was transiently upregulated, with peak expression generally observed 30 min post-irradiation, while no comparable changes were detected in untreated controls. Relative expression was calculated using the ΔΔCt method.
In parallel, outdoor field trials were conducted on a golf course using a battery powered mobile and controllable support frame with a roller fitted with UV-C lamps during the active growth phase of turfgrass. UV-C treatments were applied twice weekly over a four-week period, and additional trials assessed the combined application of UV-C irradiation and selected antagonistic microorganisms. Here too, UV-C applications resulted in transient upregulation of the two defence-related genes. Repeated applications gave slightly stronger responses than single treatments. The combined use of UV-C and biological control agents was associated with reduced dollar spot incidence. Here, clear differences could be observed depending on the number of UV-C applications.
The transient induction of defence-related gene expression following UV-C treatment together with observable long-term effects on dollar spot incidence indicates defence priming rather than sustained constitutive activation. Together, the greenhouse and field observations indicate that UV-C irradiation can activate defence responses in A. stolonifera and may contribute to disease suppression in turf management.
Abstract (German)
Das Gras Agrostis stolonifera wächst vorwiegend in kühleren Jahreszeiten und kommt insbesondere auf Golfplätzen sowie auf Sportrasenflächen zum Einsatz. Die Pflege von Rasengräsern ist mit hohem Aufwand verbunden und wird durch zunehmende Einschränkungen beim Einsatz chemischer Pflanzenschutzmittel künftig weiter erschwert. Vor diesem Hintergrund besteht ein wachsender Bedarf an alternativen, nachhaltigen Strategien zur Krankheitskontrolle. Eine potenzielle Alternative stellt die Anwendung geringer Dosen von UV-C-Strahlung (280 nm) dar, die eine Aktivierung pflanzlicher Abwehrmechanismen bewirken kann.
Ziel dieser Arbeit war es, die Wirkung von UV-C-Bestrahlung auf A. stolonifera unter kontrollierten Bedingungen und im Freiland zu untersuchen. Der Schwerpunkt lag auf der Expression der abwehrassoziierten Gene PR3 und NPR1 (Non-expresser of PR genes) nach UV-C-Behandlung. Hierzu wurde das Gras im Gewächshaus einmalig oder wiederholt mit UV-C-Strahlung behandelt. Es wurden Dosen zwischen 30 und 180 mJ/cm² getestet, entsprechend Bestrahlungszeiten von einer bis sechs Sekunden. Proben wurden zu definierten Zeitpunkten nach der Bestrahlung entnommen, und die Genexpression wurde mittels RT-qPCR unter Verwendung von TEF1-α als Referenzgen analysiert. In der Regel zeigte sich 30 Minuten nach der Bestrahlung eine vorübergehende Hochregulierung der untersuchten Abwehrgene, während in unbehandelten Kontrollproben keine vergleichbaren Veränderungen festgestellt wurden. Die relative Genexpression wurde mit der ΔΔCt-Methode berechnet.
Parallel dazu wurden Freilandversuche auf einem Golfplatz durchgeführt, bei denen ein mit UV-C-Lampen ausgestattetes batteriebetriebenes Gefährt mit einstellbarer Geschwindigkeit während der Wachstumsphase des Rasens eingesetzt wurde. Die Behandlungen erfolgten über einen Zeitraum von vier Wochen mit zwei Applikationen pro Woche. Zusätzlich wurde der kombinierte Einsatz von UV-C-Strahlung und ausgewählten antagonistischen Mikroorganismen untersucht. Auch hier konnte eine vorübergehende Hochregulierung der beiden Abwehrgene beobachtet werden. Wiederholte UV-C-Behandlungen führten zu etwas stärkeren Effekten als Einzelapplikationen. Die Kombination von UV-C-Bestrahlung und biologischen Antagonisten war mit einer verminderten Ausprägung von Dollar-Spot-Symptomen im Feld verbunden. Die Verringerung der Dollar-Spot-Symtome zeigte deutliche Unterschiede, abhängig von der Anzahl der Bestrahlungen.
Die beobachtete, zeitlich begrenzte Hochregulierung abwehrrelevanter Gene nach UV-C-Behandlung zusammen mit der Beobachtung langanhaltender Effekte auf die Inzidenz von Dollar-Spot spricht für eine Aktivierung pflanzlicher Abwehrmechanismen im Sinne einer Abwehr-Priming-Reaktion. Die Ergebnisse aus Gewächshaus- und Feldversuchen deuten darauf hin, dass UV-C-Bestrahlung eine Stimulierung der pflanzeneigenen Abwehr bewirken und zu einer Unterdrückung von Krankheiten im Sportrasen beitragen kann.
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Faculty of Agricultural Sciences
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Institute of Phytomedicine
Examination date
2025-05-19
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Pawar, S. (2025). Assessment of induced resistance in Agrostis stolonifera after application of UV-C irradiation and antagonistic microorganisms. https://doi.org/10.60848/13701
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English
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630 Agriculture
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Sustainable Development Goals
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