Nachhaltiger Pflanzenschutz

In der Landwirtschaft werden häufig chemische Pestizide eingesetzt, um Pflanzen vor Schädlingen zu schützen. Diese Pestizide haben jedoch Nachteile: Sie können nützliche Insekten schädigen, Rückstände in Lebensmitteln hinterlassen, und es entwickeln sich immer mehr resistente Schädlinge. Ein besonders problematischer Schädling ist der Herbst-Heerwurm (Spodoptera frugiperda) – eine Raupe, die zahlreiche Pflanzenarten frisst und große Ernteschäden verursacht. Durch den Klimawandel breitet sie sich weltweit immer weiter aus. Forscher:innen haben daher untersucht, ob kaltes Plasma – eine besondere Form von ionisiertem Gas – als umweltfreundliche Alternative im Pflanzenschutz dienen kann, indem es Pflanzen widerstandsfähiger gegen Schädlinge macht.

Kaltes Plasma regt Pflanzen an und stresst Schädlinge

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Das Team konzentrierte sich auf die zwei Reissorten Diamond und Jewel. Die Forscher:innen behandelten Reissamen mit kaltem Plasma und gossen die Pflanzen zudem mit plasmaaktiviertem Wasser. Darunter versteht man Wasser, in das kaltes Plasma eingeleitet wurde – etwa durch eine Elektrode, die im Wasser Funken oder ein Leuchten erzeugt. Dabei entstehen reaktive Substanzen wie Wasserstoffperoxid, Stickstoffoxide, geringe Mengen Ozon und freie Hydroxylradikale. Diese Stoffe wirken antimikrobiell, verändern pH-Wert und Redoxpotenzial und können sogar Signalkaskaden in Pflanzen anstoßen.

Bekannt ist, dass plasmaaktiviertes Wasser bei Pflanzen die Keimung fördern, Wurzeln stimulieren, das Wachstum anregen und die natürliche Abwehr stärken kann. Bei Schädlingen und Mikroorganismen greifen die reaktiven Moleküle des kalten Plasmas die Zellmembranen an, verursachen oxidativen Stress und können das Wachstum hemmen. Auf Oberflächen tötet plasmaaktiviertes Wasser Bakterien, Pilze und Viren – ganz ohne weitere Chemikalien.

Schnellere Keimung, weniger Fraßschäden

Das Forschungsteam untersuchte zum einen, wie gut sich die Reispflanzen im Experiment entwickelten und wie stark sie durch die Raupen des Heerwurms geschädigt wurden. Zum anderen beobachteten die Fachleute, wie gut die Raupen wuchsen und ob die Behandlung die Sterblichkeit erhöhte. Zusätzlich führten sie kontrollierte Fütterungsexperimente durch, bei denen Raupen mit Blättern oder spezieller Nahrung aus plasma­behandelten Pflanzen gefüttert wurden.

Die Pflanzen keimten infolge der Plasmabehandlung schneller. Sie entwickelten mehr, aber schmalere Blätter. Die übrige Entwicklung veränderte sich kaum: Wuchshöhe und Chlorophyllgehalt blieben etwa konstant. Letzteres deutet darauf hin, dass die Photosyntheseleistung nicht beeinträchtigt wurde. Ertragsmerkmale wie Kornertrag, Blütenbildung oder das Trockengewicht der Pflanze wurden allerdings nicht gemessen. Außerdem wiesen die Pflanzen geringere Fraßschäden auf. Das ließe sich dadurch erklären, dass das kalte Plasma Abwehrmechanismen der Pflanze aktiviert. Denkbar ist aber auch, dass sich die Pflanze durch die Behandlung von Samen oder Wasser so verändert, dass sie für Schädlinge weniger attraktiv oder nahrhaft ist.

Langsamere Verpuppung, höhere Sterberate

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Entsprechend zeigte das Experiment, dass Raupen auf den behandelten Pflanzen weniger fraßen und weniger an Gewicht zunahmen. In einigen Fällen starb sogar bis zu ein Viertel der Tiere, obwohl sie nicht direkt mit dem Plasma in Kontakt gekommen waren.

Kamen die Raupen über ihr Futter direkt mit plasmaaktiviertem Wasser in Berührung, waren die Effekte besonders deutlich: Sie wuchsen schlechter und benötigten deutlich länger, um sich zu verpuppen. Die stärkste Wirkung stellten die Forscher:innen bei jungen Raupen fest. Ältere Tiere erwiesen sich als weniger empfindlich.

Offene Fragen zu Praxistauglichkeit und Langzeitfolgen

Trotz der vielversprechenden Ergebnisse bleiben wichtige Fragen offen. Unklar ist etwa, wie lange die Wirkung des Plasmas anhält und wie häufig die Behandlung wiederholt werden müsste – denn die reaktiven Stoffe im plasmaaktivierten Wasser sind nur kurzlebig. Dass beide Reissorten vergleichbare Effekte zeigten, spricht für eine universelle Wirksamkeit der Methode. Gerade in Bezug auf andere Schädlinge müsste das jedoch erst noch nachgewiesen werden. Unklar ist ebenfalls, ob es langfristige Folgen für das Bodenleben oder die menschliche Gesundheit gibt. Die Forscher:innen haben bislang auch noch nicht untersucht, wie sich der Ertrag unter Feldbedingungen entwickelt.

Es deutet jedoch vieles darauf hin, dass kaltes Plasma großes Potenzial hat, umweltfreundlich die landwirtschaftlichen Erträge zu sichern: Es hinterlässt keine chemischen Rückstände, das Saatgut muss nicht mit Hitze behandelt werden, und es wirkt gezielt auf jene Organismen, die sich bevorzugt von den jeweiligen Nutzpflanzen ernähren.

Quelle:
Dilip, D., et al. (2025): Atmospheric cold plasma alters plant traits and negatively affects the growth and development of fall armyworm in rice. In: Scientific Reports, 15, 3680 (2025). doi: 10.1038/s41598-025-87560-0.

Zum Weiterlesen auf Pflanzenforschung.de:

• Aktivierendes Wasser - Wird Gerste mit plasmabehandeltem Wasser versorgt, ist sie besser gegen Dürre gewappnet
• Invasive Arten - Der Mais und seine neuen Feinde
• Projekt InFuProts - Ankerproteine halten biokompatible Insektizide auch bei Regen auf den Blättern

Titelbild: Herbst-Heerwurm Spodoptera frugiperda in Nahaufnahme. (Bildquelle: © Wee Hong / Wikimedia; CC-BY-SA-4.0)