Ditylenchus Dipsaci (Kuhn) Filipjev. is one of the most destructive nematodes to crop plants. It attacks and damages more than 300 species of cultivated and uncultivated plants. The nematode can be differentiated into many races, each of them having a preference for a group or even a single plant species. Alfalfa stem nematode is one of the races in this species which attacks the above ground portion of alfalfa but does not infest the roots. Larvae of this nematode may migrate from the plant tissue to soil in moist conditions. These nematodes migrate actively to nearby plants or are carried by agricultural tools or wind to reach plants at some distance away, causing a new infection.

Fine structural analyses of host tissue (alfalfa, Medicago sativa L.) response to infection by the stem nematode (Ditylenchus dipsaci Kühn) were conducted. Hypocotyl regions were taken on 1,3 and 7 days after inoculation. Electron micrographs of infected tissue indicated the types of damage were the same between Lahontan (tolerant line) and Ranger (susceptible line). Only the infection rate (in percent) and degree of damage were different between lines and among the different temperatures (15, 20 and 25 C). The higher the temperature, the more injury resulted. After 3 to 7 days of infection, the symptoms observed were swelling and broken endoplasmic reticulum (ER), distended and broken chloroplasts, loss of nuclear material and bulging and rupturing of nuclear envelopes. Heavily infected cell walls showed more osmiophilic substances on one side. Infected cytoplasm contained more ER (both rough and smoothER), ribosomes, vesicles and Golgi apparatus, suggesting increased metabolic activities. Lobing nuclei were observed in all treatments. Lipid content varied with temperature in one-day-old seedlings. At 15 and 25 C, electron dense substances were commonly found along the tonplast, intercellular spaces and on the cell wall. Also some enlarged ER were noted in the non-infected controls at these temperatures. From the fine structural studies of host tissue it is not possible at this time to determine the nature of resistance of alfalfa lines to nematode infection. More studies at both the biochemical and electron microscopical levels are needed. Further, studies on the activities of the nematodes at the various temperatures during the infection periods would be primarily important.

ZUSAMMENFASSUNG Nematoden rufen weltweit erhebliche Verluste in der Kartoffelproduktion hervor. Der Knollenfäule-Nematode Ditylenchus destructor Thorne 1945 und das Stock-und Stangelälchen Ditylenchus dipsaci Kühn 1857 Filipjev, 1936, verursachen Läsionen an der Kartoffelknolle, was deren Qualität und Marktwert verringert. Diese Nematoden sind aufgrund ihres umfangreichen Wirtspflanzenspektrums schwierig zu kontrollieren und werden daher in vielen Ländern als Quarantäne-Nematoden geführt. In der hier vorliegenden Doktorarbeit wurden Experimente durchgeführt, um die Wechselwirkung von Kartoffel mit jeder dieser beiden Nematodenarten zu untersuchen. Verschiedene Populationen von D. destructor und D. dipsaci wurden molekular und morphometrisch charakterisiert. Die Gensequenz kodierend für die Untereinheit I der Cytochrom Oxidase (COI) auf der mitochondrialen DNA (mtDNA) wurde analysiert, um eine phylogenetische Beziehung zwischen den untersuchten Populationen darzustellen. Die Ergebnisse zeigten zwei deutlich getrennte Cluster für die D. destructor und die D. dipsaci Populationen. Eine Diskriminanzanalyse der morphometrischen Daten von Männchen und Weibchen von D. destructor und D. dipsaci Populationen verdeutlichte, dass diese beiden Arten mittels a-ratio und ihrem Durchmesser unterschieden werden können. Die sich ergänzende Kombination von molekularen und morphometrischen Untersuchungen ermöglichte die Identifikation der untersuchten Arten. Es wurden zwei Gewächshausexperimente mit 25 angebauten Kartoffelsorten durchgeführt, um diese auf Resistenz und Toleranz gegenüber Nematoden zu testen. Dazu wurde ein Standard-Screening Protokoll entwickelt. Resistenz und Toleranz wurden gemäß der derzeitigen Definition (Nematologie) bewertet. Die relative Anfälligkeit und äußere Verletzung der Kartoffelknolle stellten sich als beste Parameter für die Beurteilung der Resistenz respektive der Toleranz heraus. Alle 25 untersuchten Kartoffelsorten waren weder resistent noch tolerant gegenüber D. destructor oder D. dipsaci. Jedoch wurden Unterschiede in der Toleranz der Sorten festgestellt. Im Vorfeld zum Pflanzenexperiment wurden die Populationsdichten von D. destructor und D. dipsaci und deren Einfluss auf Ertragsverlust untersucht. Die initiale Populationsdichte hatte einen signifikanten Effekt auf den Schaden an der Kartoffelknolle und den Fortpflanzungsfaktor der Nematoden unter Gewächshausbedingungen. D. destructor verursachte Schäden bereits bei einer geringeren initialen Populationsdichte als D. dipsaci. Unter Klimakammerbedingungen wurde gezeigt, dass die Temperatur Einfluss auf die Schadensrate von D. destructor und D. dipsaci an Kartoffelknollen nimmt. Im Gegensatz zu einer Temperatur von 16°C waren 26°C sowohl optimal für die Vermehrung von D. destructor als auch für D. dipsaci. Obwohl für D. destructor und D. dipsaci unterschiedliche Temperaturanforderungen beschrieben wurden, verursachten beide Arten in ähnlichen Temperaturbereichen äußere Verletzungen an der Kartoffelknolle. Beauveria bassiana ist ein weltweit verbreiteter Pilz, der vor allem zur Bekämpfung von Insektenschädlingen in der Kartoffelproduktion Anwendung findet. Doppelbefall von Kartoffeln mit B. bassiana Sporensuspensionen im Boden mit D. destructor oder D. dipsaci begünstigte die Nematoden, was zu einer erhöhten Nematodenfortpflanzung und Knollenbeschädigung führte. B. bassiana allein war nicht schädlich für die Kartoffel. Es wurde vermutet, dass B. bassiana eine indirekte Rolle in der Wechselwirkung Nematode-Kartoffel spielt. Vorschläge für zukünftige Experimente werden angebracht, die einen weiteren Beitrag zu den hier vorgestellten Studien leisten können.