Bakterien statt chemischer Keule: Gezielt eingesetzte Mikroorganismen können Zuckerrüben, Mais oder Tomaten vor Schädlingen schützen. Diese umweltfreundliche Art des Pflanzenschutzes haben Forscher aus Österreich anstelle von schädlichen Spritzmitteln entwickelt. Die Bakterien-Leibwächter schützen nicht nur die Samen, sie fördern auch das Wachstum und erhöhen die Widerstandskraft der Pflanzen.
Das Übel für die Rübenernte kommt heimlich und ist erst kurz vor der Ernte sichtbar: Bei der späten Rübenfäule befallen Pilze die Wurzeln von Rüben oder Mais unsichtbar unter der Erde. Die Fäulnis arbeitet sich von unten und innen vor, bis sie im Herbst sichtbar wird – die Ernte ist dahin. Trotz massenhaft eingesetzter Spritzmittel kommt es so jährlich zu großen Ernteausfällen. Darüber hinaus sind viele der verwendeten Mittel eine große Bedrohung für nützliche Organismen. Ein wichtiges Beispiel ist die giftige Wirkung der Neonicotinoide auf Bienen und Hummeln.
Schutzmaßnahmen ohne chemische Keule
„Dazu kommen immer extreme Umweltbedingungen wie Hitzeperioden, Trockenheit oder Überschwemmungskatastrophen“, sagt Christin Zachow vom Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib). Damit auch unter solchen Bedingungen und bei stetig wachsender Weltbevölkerung nicht noch eine größere Menge an Schädlingsvernichtern nötig wird, arbeitet die Wissenschaftlerin zusammen mit ihren Kollegen daran, Schutzmaßnahmen ohne „chemische Keule“ zu perfektionieren.
Dazu setzen die Forscher auf biologischen Pflanzenschutz und rekrutieren Bakterien als Leibwächter für Nutzpflanzen wie Mais, Raps, Tomate, Hirse oder eben die Zuckerrübe. Die Samen dieser Pflanzen erhalten eine Art Schutzhülle aus Bakterien. Die Idee dahinter: Während die Saat keimt, entwickeln sich gleichzeitig die Mikroorganismen, versorgen die Pflanze mit Nährstoffen, fördern das Wachstum. Sie wehren außerdem Schädlinge ab und verringern so den Stress für die Nutzpflanze, was deren Widerstandsfähigkeit erhöht.
Passende Bakterien für jeden Boden
Dabei gilt es, die jeweils passenden Bakterien zu finden: „Die Nutzpflanzen sind durch den Klimawandel gefordert, durch Trockenheit und übersalzte Böden“, erklärt Zachow. „Dazu kommen Nährstoffmängel durch den Einsatz von Monokulturen.“ Jede Pflanze und jeder Boden braucht spezielle Bakterien, die an diese Extrembedingungen angepasst sind. Ein guter Fundort ist das Umfeld von Moosen und Flechten. Erstere vertragen saure Böden und Nährstoffmangel, während letzte UV-Licht oder Trockenheit aushalten.
Die gefundenen Kandidaten identifizieren und charakterisieren die Forscher zunächst gründlich. Geeignete Bakterien testen sie dann auf ihre Stressresistenz. „Wir wollen wissen, welche Gene wann aktiv sind, so dass die Bakterien unter den vorgefundenen Bedingungen ideal mit den Nutzpflanzen zusammenwirken“, erklärt Zachow. Dazu züchten und verbessern die Wissenschaftler die Bakterienkulturen im Labor noch weiter, damit sie noch besser mit den jeweiligen Umweltbedingungen umgehen können.
Gewaltiger Wachstumsschub für gesunde Nahrung
Sind die Voruntersuchungen abgeschlossen, kommen sogenannte Fangpflanzen zum Einsatz: „Sie suchen genau jene Bakterienarten aus, die sie für ein perfektes Wachstum brauchen“, sagt Zachow. Das funktioniere ähnlich wie im menschliche Darm, dessen Mikroflora die Gesundheit der Menschen unterstütze. Auch dort siedeln sich vor allem solche Bakterien an, die am besten mit dem vorhandenen Ökosystem zurechtkommen. Am Ende der Entwicklung hin zu einem kommerziellen Produkt steht dann ein Pflanzensamen, der von einer „Bakterienhülle“ umschlossen ist.
Vielversprechend sind die Bakterienarten Pseudomonas poae und Stenotrophomonas rhizophila. In der salzigen Steppe von Usbekistan bewirkten Stenotrophomonas-Bakterien einen gewaltigen Wachstumsschub bei Nutzpflanzen. Die gleiche Wirkung hatte die Art Pseudomonas auf einem Zuckerrüben-Testacker in Südbayern. Fünf Industriebetriebe zeigen bereits Interesse und sind an dem Forschungsprojekt beteiligt.
Die Wissenschaftler sehen in der Zusammenarbeit zwischen Bakterien und Pflanze einen großen Schritt für die biologische Landwirtschaft: „Wir wollen gesunde Pflanzen und letztendlich eine gesunde Nahrung haben“, sagt Zachow. „Ein funktionierendes System im biologischen Pflanzenschutz ist eine echte Alternative zu Spritzmitteln.“
(Austrian Centre of Industrial Biotechnology (ACIB), 11.05.2015 – AKR)
