CO2-Anstieg fördert Virenbefall

Weizen in Gefahr

04.05.2015 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Bis zum Ende des Jahrhunderts wird der CO2-Gehalt in der Atmosphäre um 60 Prozent ansteigen. Das wird wahrscheinlich auch die Anfälligkeit unserer Nahrungspflanzen gegenüber Viren erhöhen. (Bildquelle: © Marco Barnebeck/pixelio.de)
Bis zum Ende des Jahrhunderts wird der CO2-Gehalt in der Atmosphäre um 60 Prozent ansteigen. Das wird wahrscheinlich auch die Anfälligkeit unserer Nahrungspflanzen gegenüber Viren erhöhen. (Bildquelle: © Marco Barnebeck/pixelio.de)

Der CO2-Gehalt unserer Atmosphäre wird bis zum Ende des Jahrhunderts um etwa 60 Prozent weiter ansteigen. Wissenschaftler konnten nun zeigen, dass das nicht nur das Wachstum unserer Nahrungspflanzen beeinflussen wird, sondern auch ihre Anfälligkeit für einen Virenbefall.

In den letzten Jahrzehnten stieg der CO2-Gehalt der Atmosphäre immer weiter an. Eine Ursache sind durch Menschen verursachte Emissionen wie die Beheizung von Wohnungen, Industrie, Verkehr und Viehzucht. Die Weltbevölkerung wird weiter wachsen. Bereits in 35 Jahren sollen mehr als 9 Milliarden Menschen auf der Erde leben. All diese Menschen brauchen Nahrung, Kleidung, Wohnraum usw., was den CO2-Gehalt weiter in die Höhe treiben wird. Die heute gegenwärtigen 400 μmol/ mol CO2 in der Atmosphäre werden bis zum Ende des Jahrhunderts um 60 Prozent auf 650 μmol/mol CO2 ansteigen. Welche Folgen wird das für unsere Landwirtschaft haben?

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Wird Weizen vom Gelbverzwergungsvirus befallen, wächst er schlechter und verfärbt sich gelb.

Wird Weizen vom Gelbverzwergungsvirus befallen, wächst er schlechter und verfärbt sich gelb.

Bildquelle: © Mattflaschen/ wikimedia.org/ CC0

Auswirkungen eines hohen CO2-Gehalts ambivalent

Zahlreiche wissenschaftliche Studien haben bereits untersucht, wie sich der Klimawandel und insbesondere der erhöhte CO2-Gehalt auf die Pflanzen auswirken könnten. Bei gesunden Pflanzen kann ein Anstieg des CO2-Gehalts sowohl positive als auch negative Folgen haben. Einige Studien zeigten, dass Pflanzen unter diesen Bedingungen besser wachsen und demnach die Ernten üppiger ausfallen könnten. Denn bei Pflanzen, die unter einem erhöhten CO2-Gehalt aufwuchsen, ließen sich gesteigerte Photosyntheseraten nachweisen. Die Pflanzen nehmen die benötigte Menge CO2, den Rohstoff für die Photosynthese, besser auf und können ihre Stomata stärker geschlossen halten. So sind sie in der Lage, das Sonnenlicht, aber auch das Wasser, effektiver zu nutzen, denn geschlossene Stomata helfen, Wasser zu sparen.

Weniger Nährstoffe?

Mehr CO2 in der Atmosphäre kann sich aber auch negativ auf unsere Flora auswirken, indem das Gas die Stoffwechselvorgänge in den Pflanzen verändert. Das kann passieren, wenn sich das Verhältnis von Kohlenstoff und Stickstoff durch höhere Wachstums- und Photosyntheseraten ändert. Dann nimmt der Gehalt an Stickstoff in den Blätter zu Gunsten des Kohlenstoffgehaltes ab. Ein erhöhter CO2-Gehalt verändert auch den Proteingehalt von Getreide und sorgt möglicherweise dafür, dass unsere Nahrung weniger nahrhaft wird.

Wie steht es um die Anfälligkeit der Pflanzen?

Wie sich die Epidemiologie der bedeutendsten Pflanzenpathogenen unter erhöhtem CO2-Gehalt entwickeln würde, ist noch nahezu unerforscht. In einer aktuellen Studie haben Wissenschaftler nun untersucht, wie sich ein erhöhter CO2-Gehalt auf den Befall des Weizens (Triticum aestivum)mit ertragsrelevanten Viren auswirkt. Am Beispiel eines weltweit am weitesten verbreiteten Pflanzenvirus, der Gelbverzwergungsvirus, untersuchten die Forscher mögliche Auswirkungen.

Das Gelbverzwergungsvirus befällt vorwiegend Süßgräser und damit wichtige Getreidesorten wie Weizen, Gerste (Hordeum vulgare), oder Roggen (Secale Cereale). Die Infektion von Pflanzen erfolgt nicht direkt, sondern über Blattläuse, die das Virus in sich tragen. Saugen die Blattläuse an den Blättern einer Pflanze, wird dabei das Virus in das Phloem der Pflanzen übertragen und vermehrt sich.

Gezielter Virenbefall unter verschiedenen CO2-Bedingungen

In ihrem Versuch teilten die Wissenschaftler 96 Pflanzen in zwei Gruppen auf. Die eine Hälfte zogen sie unter herkömmlichen CO2-Bedingungen auf (400 μmol/ mol CO2), die andere Gruppe unter den erwarteten 650 μmol/mol CO2. Nach 10 Tagen setzten die Forscher auf jeweils einem Blatt von der Hälfte der Pflanzen Blattläuse aus, die mit dem Gelbverzwergungsvirus infiziert waren. Einen Monat später ernteten die Wissenschaftler die jungen Pflanzen und untersuchten ihren Virusbefall und den Schaden, den die Viren angerichtet hatten. Das Ergebnis: Der hohe CO2-Gehalt hatte die Vermehrung des Gelbverzwergungsvirus in Weizen um 37 Prozent erhöht.

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Viehzucht ist einer der Faktoren, der den CO2-Gehalt in der Atmosphäre in die Höhe schnellen lässt.

Viehzucht ist einer der Faktoren, der den CO2-Gehalt in der Atmosphäre in die Höhe schnellen lässt.

Bildquelle: © uschi dreiucker/pixelio.de

Größere Blätter, mehr Viren?

Nun könnte man vermuten, dass die verstärkte Infektion einfach darauf zurückzuführen ist, dass Pflanzen unter hohem CO2-Gehalt schneller wachsen und den Läusen somit mehr Blattfläche zur Verfügung steht, in der sich die Viren besser vermehren könnten. Das war aber in diesem Versuch nicht der Fall. Der CO2-Gehalt hatte Größe und Gewicht der jungen Weizenpflanzen nämlich nur marginal erhöht. Dieses Phänomen wurde auch bereits von anderen Wissenschaftlern beobachtet, deren Weizenpflanzen unter erhöhten CO2-Bedingungen erst in späteren Wachstumsphasen größer wurden als die Pflanzen, die unter normalen CO2-Bedingugen aufwuchsen. Das nicht signifikant verbesserte Wachstum der jungen Weizenpflanzen in diesem Versuch korrelierte außerdem nicht mit dem Anstieg der Viren in diesen Pflanzen.

Welche Mechanismen hinter diesem Phänomen stehen, muss erst noch in weiteren Studien erforscht werden. Die Ergebnisse der Wissenschaftler deuten aber darauf hin, dass Weizen und möglicherweise auch andere wichtige Nahrungspflanzen mit steigendem CO2-Gehalt in ihrer Schädlingsabwehr geschwächt und damit einem vermehrten Befall durch Viren ausgesetzt sein werden. In Anbetracht der wachsenden Weltbevölkerung und der damit verbundenen wachsenden Nachfrage nach Nahrungsmitteln müssen Wege gefunden werden, dieser Entwicklung gegenzusteuern und so die Lebensgrundlage der Menschen zu sichern.

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