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Wurzelfäule Bakterien retten Pflanzen vor Wurzelfäule

| Autor / Redakteur: Angela Overmeyer* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Ohne einen schützenden Mikrobenmix im Wurzelbereich verlieren wilde Tabakpflanzen den Kampf gegen eine tödliche Wurzelfäule. Warum dies evtl. mit dem landwirtschaftlichen Problem der Monokulturen zu tun hat, haben Forscher des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie jetzt näher untersucht.

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Tabakpflanzen, die an einer plötzlichen Wurzelfäule eingegangen sind. Die Krankheit, die vermutlich von Pilzen verursacht wird, schlug im Versuchsfeld im Lytle Preserve, Utah, USA, zu: Infizierte Pflanzen verwelkten innerhalb weniger Tage. Eine Behandlung erkrankter Pflanzen wurde daher unmöglich. Andere Pflanzenarten blieben hingegen von der Krankheit verschont.
Tabakpflanzen, die an einer plötzlichen Wurzelfäule eingegangen sind. Die Krankheit, die vermutlich von Pilzen verursacht wird, schlug im Versuchsfeld im Lytle Preserve, Utah, USA, zu: Infizierte Pflanzen verwelkten innerhalb weniger Tage. Eine Behandlung erkrankter Pflanzen wurde daher unmöglich. Andere Pflanzenarten blieben hingegen von der Krankheit verschont.
(Bild: Arne Weinhold, MPI chem. Ökol.)

Jena – Wurzelbakterien verbessern nicht nur die Nährstoffversorgung von Pflanzen, sie schützen Pflanzen einer neuen Studie zufolge auch vor Krankheiten. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie haben bei Feldversuchen in Utah, USA, herausgefunden, dass der richtige Mikrobenmix im Boden das Überleben von wilden Tabakpflanzen der Art Nicotiana attenuata direkt beeinflusst. Konnten die Pflanzen keine Schutzallianz mit den lebenswichtigen Bakterien im Boden ausbilden, erkrankten sie an einer tödlichen Wurzelfäule, die sie über Nacht welken und absterben ließ. Die Ausbreitung des gefährlichen Erregers war möglich geworden, weil die Freisetzung der Pflanzen über mehrere Jahre auf dem gleichen Versuchsfeld stattfand und die Pflanzen darüber hinaus vor der Auspflanzung in einem sterilen Medium angezogen worden waren, was die frühzeitige natürliche Rekrutierung symbiotischer Bakterien verhinderte. Die Ergebnisse unterstreichen zum einen die Wichtigkeit von Fruchtfolgen für die Qualität von Böden und die Verhinderung von Krankheiten durch Bodenerreger, sie zeigen aber auch, wie komplex die Ökologie von Pflanzen, insbesondere im Hinblick auf die Vielzahl der mit ihnen in Wechselwirkung stehenden nützlichen und schädlichen Mikroorganismen ist.

Mehr als die Hälfte der Tabakpflanzen eines Versuchsfeldes betroffen

Wissenschaftler um Ian Baldwin, der am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie die Abteilung Molekulare Ökologie leitet, erforschen seit nahezu 20 Jahren die ausgeklügelten Abwehrstrategien des Kojotentabaks Nicotiana attenuata gegen Fraßfeinde an seinem natürlichen Standort im Lytle Preserve im US-amerikanischen Bundesstaat Utah. Ein bestimmtes Versuchsfeld wurde seit 15 Jahre für Experimente genutzt. Vor acht Jahren traten dort erstmals sporadisch Fälle einer Krankheit auf, die einzelne, bereits hochgewachsene Tabakpflanzen plötzlich verwelken ließ. Diese Fälle wurden über die Jahre häufiger und es erkrankten zunehmend auch Pflanzen in früheren Entwicklungsstadien, bis am Ende der Feldsaison 2012 mehr als die Hälfte der Versuchspflanzen an der Krankheit eingegangen waren.

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Interessanterweise zeigten andere Wildpflanzen auf dem Feld keinerlei Symptome, die Krankheit schien also nur Tabakpflanzen zu befallen. Offensichtlich hatten die Wissenschaftler durch wiederholtes Anpflanzen einer Wildpflanze ein typisches landwirtschaftliches Problem unabsichtlich nachgestellt: die Vermehrung von Pflanzenpathogenen infolge von Monokultur und Einfelderwirtschaft.

Fungizide und Hozkohle stoppten Pflanzensterben nicht

Da die Wissenschaftler auf dem Versuchsfeld ausschließlich mit Tabakpflanzen arbeiten, war ein Fruchtwechsel keine Option. Daher entwickelten sie verschiedene Ansätze zur Bekämpfung der Krankheit, und erprobten deren Effektivität anschließend in Feldversuchen. Zuerst isolierten sie Bakterien und Pilze aus dem Wurzelbereich erkrankter Pflanzen und konnten 70 verschiedene Bakterien und 36 Pilze finden, darunter pflanzenpathogene Fusarium- und Alternaria-Arten. Außerdem bestimmten die Wissenschaftler Bakterienstämme aus dem Wurzelbereich gesunder Tabakpflanzen und wählten diejenigen Arten für eine potenzielle biologische Schädlingsbekämpfung aus, deren positive Wirkung auf Pflanzenwachstum und -gesundheit in früheren Arbeiten bereits nachgewiesen worden waren.

Die Max-Planck-Forscher setzten auch konventionelle chemische Fungizide ein und versuchten, die Bodenqualität durch das Hinzufügen von Holzkohle zu verbessern; denn die jungen Tabakpflanzen keimen in ihrer natürlichen Umgebung meist nur nach Bränden, wie sie nach Blitzeinschlägen regelmäßig entstehen. Neben nützlichen Bakterien kamen auch Pilze für eine biologische Schädlingsbekämpfung zum Einsatz. Während weder Fungizide noch die Holzkohle den erwarteten Erfolg brachten, erhöhten eine Kombination aus Fungiziden und Holzkohle sowie der Einsatz von Pilzen zur Biokontrolle die Sterblichkeit der Versuchspflanzen sogar noch.

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