Flächenspritzung ade?

Neue Wege im Pflanzenschutz

23.01.2019 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Die Entwicklung von Alternativen zum chemischen Pflanzenschutz ist in vollem Gange und trägt erste Früchte.  (Bildquelle: © Capri23auto/Pixabay/CC0)
Die Entwicklung von Alternativen zum chemischen Pflanzenschutz ist in vollem Gange und trägt erste Früchte. (Bildquelle: © Capri23auto/Pixabay/CC0)

Egal ob ökologisch oder konventionell, ganz ohne Pflanzenschutzmittel geht es heute noch nicht. Mit Nachdruck wird daher an neuen Strategien im Pflanzenschutz geforscht. Wichtige Impulse kommen dabei auch aus der Pflanzenforschung.

Thermisch, mechanisch oder natürlich. In diesen Kategorien wird üblicherweise gedacht, wenn es um Alternativen zum chemischen Pflanzenschutz geht. In jüngster Zeit wird in der Fachwelt immer häufiger über Ansätze gesprochen, die in keine der bisherigen Schubladen passen. Welche Schlagworte dabei besonders oft fallen, wird im Folgenden einmal kurz zusammengefasst.

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Von Mehltau befallene Gerste (Hordeum vulgare). Der weiße Belag (Pilzrasen) auf der Blattoberfläche kennzeichnet befallene Pflanzen.

Von Mehltau befallene Gerste (Hordeum vulgare). Der weiße Belag (Pilzrasen) auf der Blattoberfläche kennzeichnet befallene Pflanzen.

Quelle: © Rasbak/Wikimedia.org/CC0

RNAi-Interferenz

Eine Antwort der Pflanzenzüchtung auf die Bedrohung durch Schädlinge heißt Resistenzzüchtung. Sie macht sich zunutze, dass Pflanzen von Natur aus über ein breites Arsenal von Abwehrstoffen verfügen. Neben Alkaloiden, Proteinen und Hormonen zählt dazu auch die RNA. Mit ihrer Hilfe schalten Pflanzen Gene gezielt ab (Gene Silencing).

Die RNA wird heute als eines der vielversprechendsten Werkzeuge gesehen, um Pflanzen gegen Pflanzenviren und andere Schadorganismen zu schützen. Dabei bieten sich grundsätzlich zwei Wege an: Entweder die Pflanze produziert die RNA selber. Dann wird von „pflanzenvermittelter RNA-Interferenz“ oder „wirtsinduziertem Gene-Silencing“ gesprochen (kurz: HIGS). Oder die RNA wird als Spray von außen aufgetragen.

Zwar ist das Phänomen der RNA-Interferenz nicht neu, jedoch fehlt es im Zusammenhang mit der pflanzenvermittelten RNA-Interferenz noch an Wissen, z. B. zur Verteilung, Häufigkeit und Arbeitsweise von HIGS-Genen bei Pflanzen. Vieles spielt sich deshalb noch im Bereich der Grundlagenforschung ab. Was die Anwendung von RNAi-Sprays hingegen betrifft, werden die ersten Produkte vermutlich bereits im Jahr 2020 auf den Markt kommen.

Genome Editing

Zeitgleich zum RNAi-basierten Ansatz, bei dem genetisch wirksame Elemente zur aktiven Schädlingsbekämpfung eingesetzt werden, wird auch der entgegengesetzte Weg ausprobiert. Mithilfe der Genom-Editierung lassen sich nämlich „genetische Einfallstore“ für Schädlinge wie dem Mehltau-Erreger gezielt schließen. Dieser Pilz siedelt sich zwischen den Pflanzenzellen an und zapft diese an, um an Nährstoffe zu kommen. Das macht er mit einer Art Schlauch, die er in die Zelle einführt.

Um in die Pflanzenzelle eindringen zu können, benötigt der Erreger aber ein bestimmtes Weizen-Protein auf der Oberfläche seiner Wirtszellen: das MLO-Protein. Ist dieses Oberflächenprotein aber mutiert, kommt es nicht mehr zu einer erfolgreichen Pilzinfektion. Durch die neuen Züchtungsmethoden ist es möglich, das mlo-Gen bei Weizen auszuschalten. Dieser Ansatz lässt sich auch auf andere Pflanzenarten oder andere Wirt-Pathogen-Interaktionen übertragen.

Pflanzenschutz mittels Mikrobiom

Nun ist es aber nicht so, dass jeder Mikroorganismus automatisch eine Gefahr für die Pflanzen ist. Im Gegenteil. Blätter und Wurzeln von Pflanzen sind dicht besiedelt von nützlichen Kleinstlebewesen – Bakterien und Pilze. Als Individuen und in der Gemeinschaft (Mikrobiom) tragen sie zum Pflanzenwachstum bei oder fördern die Nährstoffaufnahme. Möglicherweise ließen sie sich aber auch zur Verteidigung einsetzen.

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Blätter und Wurzeln von Pflanzen sind dicht besiedelt von nützlichen Kleinstlebewesen, Bakterien und Pilzen. Auch sie lassen sich zum Schutz der Pflanze gezielt einsetzen.

Blätter und Wurzeln von Pflanzen sind dicht besiedelt von nützlichen Kleinstlebewesen, Bakterien und Pilzen. Auch sie lassen sich zum Schutz der Pflanze gezielt einsetzen.

Quelle: © Josch13/Pixabay/CC0

Neben der Produktion von antimikrobiellen Stoffen gegen Pflanzenschädlinge kann teilweise schon lediglich ihre Anwesenheit diverse Schadorganismen in Schach halten: Sie erschweren den pathogenen Organismen den Zugang zur Nahrung. In der Pflanzenforschung wird daher verstärkt nach Ansatzpunkten gesucht, um die Besiedelung von nützlichen Mikroben seitens der Pflanze gezielt zu fördern, z. B. durch Auslösung bestimmter Wurzelabsonderungen.

Nanotechnologie

Viel geforscht wird auch im Bereich der Nanotechnologie, um u. a. den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zu optimieren und dadurch die eingesetzte Wirkstoffmengen drastisch zu reduzieren. In diesem Zusammenhang dienen Nanomaterialien in erster Linie als Träger von Wirkstoffen. Viele Untersuchungen konzentrieren sich vorrangig auf Fragen zur Aufnahme und Verbreitung von Wirkstoffen im Zielorganismus, aber auch um eine mögliche Gefährdung von Nicht-Zielorganismen. Gerade Letzteres ist im Bereich der Nanotechnologien ein großes Thema.

Der Traum von der pestizidfreien Landwirtschaft

Blickt man auf die internationale Forschungslandschaft, sieht man eine Fülle von interessanten Ansätzen aus dem Boden schießen. Mit Ausnahme der RNAi-Interferenz steht man in vielen Bereichen aber noch ziemlich am Anfang. Vor allem die Schwierigkeit der Übertragung von ersten Laborergebnissen auf die realen Bedingungen im Feld ist noch eine große Herausforderung.

Der Traum von einer Landwirtschaft frei von jeglichen Pflanzenschutzmitteln wird bis auf wenige Ausnahmen wohl noch lange auf sich warten lassen. Aber die  Fortschritte der letzten Jahre stimmen schon einmal optimistisch. Die Entwicklung von Alternativen zum chemischen Pflanzenschutz ist in vollem Gange und trägt erste Früchte.

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