Spatenstich für mehr Mikrobiom-Forschung

Bodenorganismen schützen Pflanzen vor Insekten

21.08.2017 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Mit dem entsprechenden Mikrobiom im Boden lässt sich der Phloemsaft so verändern, dass Blattläuse das Weite suchen. (Bildquelle: © Thomas Bresson/Wikimedia.org/CC BY 3.0)
Mit dem entsprechenden Mikrobiom im Boden lässt sich der Phloemsaft so verändern, dass Blattläuse das Weite suchen. (Bildquelle: © Thomas Bresson/Wikimedia.org/CC BY 3.0)

Mikroorganismen im Wurzelbereich sind von enormer Bedeutung für die Pflanzengesundheit und Bodenqualität. Mit Insektenschutz wurden diese dagegen bisher weniger in Verbindung gebracht. Zu selten, wie erste Beobachtungen nahelegen. Höchste Zeit, stärker in diese Richtung zu forschen.

Wenige Millimeter um die Wurzel erstreckt sich die Rhizosphäre. Im Vergleich zu anderen Bodenbereichen tummeln sich dort fünf- bis zehnmal mehr Mikroorganismen. Geprägt wird die Rhizosphäre durch Verbindungen (Exsudate), die Pflanzen über ihre Wurzeln ausscheiden. Dadurch erhöht sich nicht nur die Nährstoffverfügbarkeit für Pflanzen, sondern auch das Nahrungsangebot für Bakterien, Pilze und tierische Organismen (Rhizosphäreneffekt). Seit Jahrzehnten weiß man, dass die dort stattfindenden Interaktionen wichtig für die Bodenökologie und Pflanzenphysiologie sind. Neuerdings wird vermutet, dass selbige auch zum Schutz vor Insekten beitragen, die es wohlgemerkt auf oberirdische Pflanzenteile abgesehen haben.

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Unter jeder Pflanze befindet sich ein eigenes Ökosystem, die Rhizosphäre. Sie ist Schauplatz vielfältiger Interaktionen von einer Vielzahl von Bodenorganismen.

Unter jeder Pflanze befindet sich ein eigenes Ökosystem, die Rhizosphäre. Sie ist Schauplatz vielfältiger Interaktionen von einer Vielzahl von Bodenorganismen.

Bildquelle: © Meditations/Pixabay/CC0

Blattläusen den Appetit verderben

Nun ist die Beweislage noch recht dünn. Sie stützt sich hauptsächlich auf die wenigen bekannten Einzelfälle. Vom Jakobs-Greiskraut (Senecio jacobaea) weiß man, dass das Saugverhalten von Blattläusen (Aphis jacobaeae) von der Zusammensetzung des Mikrobioms im Boden beeinflusst wird. Ausschlaggebend sind Bodenpilze, die die Rezeptur des Phloemsafts beeinflussen.

Ähnliches kennt man von Arabidopsis-Pflanzen (Arabidopsis thaliana). Topft man diese in Erde um, in der zuvor andere Pflanzenarten wuchsen, z. B. Mais (Zea mays) oder Kartoffeln (Solanum tuberosum), ändert sich das Stoffwechselprofil der Blätter. Insekten, die sich zuvor an diesen erfreuten, können dann schon mal den Appetit verlieren und von dannen ziehen.

Insektenkiller aus dem Boden

Neben den mehr indirekten Interaktionen zwischen Bodenmikrobiom und Insekten gibt es aber auch sehr direkte Angriffe. Denn wer sagt, dass alle Bodenorganismen zu einem Leben in der Dunkelheit verdammt sein müssen? Endophyten sind Lebewesen, meist Pilze oder Bakterien, die im Inneren von Pflanzen leben. Nicht immer muss dies zum Nachteil des Wirts sein. Zwei gern gesehene Gäste sind die entomopathogenen Pilze Beauceria bassiana und Mearhizium anisopliae. Entomopathogen deshalb, weil sie Insekten befallen und töten, nachdem diese in Kontakt mit ihren Sporen gekommen sind. Eigentlich im Boden heimisch, besitzen beide Insektenkiller eine endophytische Phase, die sie befähigt, in eine Pflanze einzudringen und sich über die pflanzlichen Verteilsysteme zu verbreiten, bis hinauf ins Blattwerk.

Bemerkenswerterweise räumen beide Pilze Pflanzenfeinde nicht nur aus dem Weg, sondern versorgen die Pflanze anschließend auch noch mit Insektenproteinen aus den Kadavern. Beide Pilze werden heute bereits weltweit als biologisches Insektizid u. a. gegen Heuschrecken, Maiszünsler oder diverse Käfer eingesetzt. Selbstverständlich werden die Pilze dann nicht in den Boden gegeben, sondern in einer Lösung gleich auf die Blätter gesprüht.

Warum Forschung nötig ist

Nun stellt sich die Frage, warum man nicht stärker auf solche Synergieeffekte setzt: das Bodenmikrobiom als neuer Helfer in Sachen Pflanzenschutz. Doch dazu gibt es einfach noch zu wenig Wissen. Die Rhizosphäre ist ein eigenes Ökosystem mit unzähligen Arten und Lebewesen, die in einer sich durch wechselseitige Beziehungen auszeichnenden Community leben. Weder über das eine (die Arten) noch das andere (die Beziehungen) ist heute genügend bekannt, um das Mikrobiom gezielt zum Pflanzenschutz einzusetzen. Selbst in den oben geschilderten Fällen sind nach wie vor Fragen offen: Welche Mechanismen greifen bei den Interaktionen ineinander? Welche Pflanzengene sind involviert? Mit welchen Nebenwirkungen ist zu rechnen?

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Wenn Insektizide gegen den Sojaschädling Riptortus pedestris versagen, kann dies an Darmbakterien liegen, die die Wanze als Larve im Boden aufgenommen hat.

Wenn Insektizide gegen den Sojaschädling Riptortus pedestris versagen, kann dies an Darmbakterien liegen, die die Wanze als Larve im Boden aufgenommen hat.

Bildquelle: © urasimaru/flickr/CC BY-NC 2.0

Bevor also im Sinne des Insektenschutzes dazu übergegangen werden kann, „Erdtransplantationen“ vorzunehmen oder das Mikrobiom gezielt zu verändern - sei es durch chemische Zugaben, Bodenbearbeitung oder den Anbau von bestimmten Pflanzenarten, die das Mikrobiom positiv stimulieren - ist noch einiges an Grundlagenforschung nötig.

Pflanzen als Mikrobiom-Trainer

Viele Experten bewerten diesen Ansatz dennoch als vielversprechend. In einer Vision ist z. B. von Nutzpflanzen die Rede, die speziell zur Optimierung des Mikrobioms im Boden eingesetzt werden. Ganz gezielt, um die Insektenresistenz anderer Pflanzenarten zu steigern. Denkbar wäre, den Boden dann entweder säckeweise im Handel zu verkaufen oder das ganze Konzept in eine Fruchtfolge zu integrieren.

Übrigens haben auch einige Insekten den Nutzen von Bodenorganismen erkannt. Die Larven des Sojaschädlings Riptortus pedestris verleiben sich oft Burkholderia-Bakterien ein, die sie jedoch nicht verdauen, sondern ein Leben lang als Darmbewohner behalten. Der Grund: Sie sind in der Lage, Organophosphate abzubauen und so bestimmte Insektizide unschädlich zu machen.

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