Unsichtbare Angriffe, zerstörerische Flüche … Über wie viele einzigartige Fähigkeiten verfügen die „Vorreiter“ der mikrobiellen Pestizide?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Liu Liqiong (Institut für Mikrobiologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

In der langen Geschichte der landwirtschaftlichen Produktion waren Schädlinge und Krankheiten schon immer ein Problem, das Landwirte und Wissenschaftler beunruhigte. Von der physikalischen und chemischen Schädlingsbekämpfung in der Antike bis hin zur heute boomenden biologischen Schädlingsbekämpfung haben die Menschen unermüdlich nach Möglichkeiten zur Vorbeugung und Bekämpfung von Schädlingen und Krankheiten gesucht, und mikrobielle Pestizide entwickeln sich zu einem leuchtenden Stern auf dem Gebiet der biologischen Schädlingsbekämpfung. Mit ihrer einzigartigen Wirkungsweise, ihren umweltfreundlichen Eigenschaften und ihren breiten Anwendungsaussichten werden sie zunehmend zu einer wichtigen Stütze für die nachhaltige Entwicklung der modernen Landwirtschaft.

Was sind mikrobielle Pestizide? Welche Geheimnisse birgt es?

Mikrobielle Pestizide sind, vereinfacht ausgedrückt, eine Art von Pestiziden, die Mikroorganismen oder deren Metabolite nutzen, um Krankheiten, Insekten, Unkraut und Nagetiere anzugreifen, die den Nutzpflanzen schaden, und ihnen gleichzeitig dabei zu helfen, dass die Nutzpflanzen gedeihen. Seine „Bekämpfungsmethode“ unterscheidet sich völlig von der herkömmlicher chemischer Pestizide. Die „Soldaten“ können hier lebende Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze, Viren usw. sein. Sie parasitieren, konkurrieren oder setzen Giftstoffe frei, unterdrücken oder beseitigen geschickt diese lästigen Schädlinge und Krankheiten und bewahren die Harmonie und Stabilität des landwirtschaftlichen Ökosystems.

Wer sind die Pioniere im Lager der mikrobiellen Pestizide?

Je nach Art der enthaltenen Mikroorganismen und ihrer Verwendung können mikrobielle Pestizide in mikrobielle Insektizide (bakterielle Insektizide, Pilzinsektizide, virale Insektizide), mikrobielle Fungizide (wie Bacillus subtilis), mikrobielle Herbizide, Rodentizide, landwirtschaftliche Antibiotika usw. unterteilt werden. Wir könnten genauso gut einige Starkämpfer an der mikrobiellen Insektizidfront einladen, um zu sehen, wie mikrobielle Pestizide die Feinde besiegen und töten.

Pilzinsektizide: Der „unsichtbare Angriff“ von Beauveria bassiana und Metarhizium anisopliae

Beauveria bassiana und Metarhizium muscardine, diese beiden Pilze sind wie im Dunkeln versteckte Attentäter, und ihre Sporen sind winzige „versteckte Waffen“, die leise in der Umwelt lauern. Sobald die Schädlinge bei geeigneter Temperatur und Luftfeuchtigkeit mit ihnen in Kontakt kommen, keimen und wachsen die Sporen sofort. Die Hyphen durchbrechen wie flexible Seidenfäden schnell die Abwehrmechanismen der Körperwand des Schädlings und breiten sich im Inneren des Schädlings aus. Während es Nährstoffe aus dem Körper des Schädlings absorbiert, setzt es tödliche Giftstoffe frei, die die physiologischen Funktionen des Schädlings stören und ihn allmählich starr werden lassen. Diese einzigartige Angriffsmethode ermöglicht ihnen einen tödlichen Angriff, selbst gegen Schädlinge, die sich gut verstecken können.

Raupen fressen Kohl

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Bakterielle Insektizide: Der „Präzisionsangriff“ von Bacillus thuringiensis (Bt)

Bacillus thuringiensis (Bt) ist eine Legende in der Bakterienwelt. Bei der Bildung seiner Sporen wird ein einzigartiges parasporales Kristallprotein gewebt. Wenn Schädlinge Pflanzen fressen, die Bt enthalten, wird dieses Protein im alkalischen Milieu des Darms des Schädlings sofort aktiviert. Dann wird es sich wie ein präzise navigierender Pfeil schnell an bestimmte Rezeptoren auf der Oberfläche der Darmepithelzellen anheften und dann tief in die Zellmembran eindringen, wodurch unzählige kleine Kanäle geöffnet werden. Durch diesen Vorgang wird das Gleichgewicht im Körper des Schädlings unterbrochen, sein Darm wird gelähmt und seine Fressfunktion wird gestoppt, was letztlich zur Niederlage des Schädlings führt.

Virale Insektizide: Der „zerstörerische Fluch“ des Nuklearpolyedervirus (NPV) und des Granulovirus (GV)

Das Nukleare Polyhedrosisvirus (NPV) und das Granulovirus (GV) sind „Boten der Zerstörung“, die speziell auf Schmetterlingsschädlinge abzielen. Wenn Schädlinge versehentlich Pflanzen fressen, die diese Viren enthalten, ist es, als würden sie einem „Fluch der Zerstörung“ ausgesetzt, dem sie nicht entkommen können. Das Virus vermehrt sich heftig im Körper des Schädlings und zerstört mutwillig dessen Zellen und Gewebe. Die infizierten Schädlinge werden allmählich langsamer, verlieren ihren Appetit und sterben schließlich. Die toten Körper von Schädlingen sind wie eine „Schatzkammer voller Viren“. Die nach dem Ausbruch freigesetzten Viren suchen weiterhin nach neuen Zielen und bilden so eine kontinuierliche Übertragungskette.

Welche wesentlichen Vorteile haben mikrobielle Pestizide gegenüber herkömmlichen Pestiziden?

**Erstens sind mikrobielle Pestizide sehr umweltfreundlich. **Chemische Pestizide hinterlassen dauerhafte „Narben“ im Boden und im Wasser, mikrobielle Pestizide hingegen zersetzen sich nach Erfüllung ihrer Aufgabe schnell, „ohne eine einzige Wasserwolke mit sich zu nehmen“. Nehmen wir als Beispiel Bacillus thuringiensis. Nach Erfüllung ihrer insektiziden Wirkung werden die Sporen und Kristallproteine ​​in den natürlichen Kreislauf integriert und zersetzen sich ruhig, ohne die Bodenstruktur und die mikrobielle Gemeinschaft zu schädigen. Sie schädigen keine „unschuldigen“ Nichtzielorganismen wie Vögel, Fische, nützliche Insekten usw.

**Zweitens verfügen mikrobielle Pestizide im Gegensatz zu den monoklonalen Wirkungsweisen chemischer Pestizide über einen komplexen und ausgeklügelten Wirkmechanismus bei der Bekämpfung von Schädlingsresistenzen und können stets eine stabile und effiziente Präventions- und Kontrollwirkung aufrechterhalten.** Dadurch werden sie zu einer wirksamen Waffe im Kampf gegen das Problem der Schädlingsresistenz.

Dies liegt daran, dass die Angriffspunkte mikrobieller Pestizide genau auf die einzigartige physiologische Struktur und die Stoffwechselwege von Schädlingen ausgerichtet sind und sich die physiologischen Systeme von Schädlingen stark von denen von Menschen und Säugetieren unterscheiden. Für Menschen und Säugetiere ist es, als stünden sie vor einem soliden, unsichtbaren Schild. Daher müssen Sie sich bei normaler Verwendung keine Sorgen um Sicherheitsprobleme machen.

Tatsächlich nutzen mikrobielle Pestizide die Artenvielfalt in der Natur, um die landwirtschaftliche Produktion auf umweltfreundliche Weise zu schützen.

Experimentelle Proben

(Fotoquelle: Gansu Academy of Sciences)

Woher kommen mikrobielle Pestizide und wohin gehen sie?

Wie „Schatzsucher“ suchen wissenschaftliche Forscher sorgfältig nach potenziellen mikrobiellen Stämmen in der Natur. Sobald sie die Stämme gefunden haben, nutzen sie fortschrittliche Technologien, um sie zu domestizieren und zu verbessern, sodass sie eine höhere Stressresistenz und Pathogenität gegenüber Krankheitserregern aufweisen. Während des Fermentationsprozesses werden Temperatur, pH-Wert und andere Bedingungen genau kontrolliert, um eine hervorragende Umgebung für das Wachstum und die Vermehrung von Mikroorganismen zu schaffen. Schließlich wird es durch geschicktes Formeldesign und Auswahl der Darreichungsform in verschiedene Formen wie Pulver und wässrige Lösung gebracht, um den Anforderungen unterschiedlicher Szenarien gerecht zu werden.

Mikrobielle Pestizide haben ein breites Anwendungsspektrum. Ob es sich nun um Nahrungsmittel wie Weizen und Reis, um Nutzpflanzen wie Baumwolle und Erdnüsse oder um Gemüse, Obstbäume, Teebäume usw. handelt, sie haben ihren Platz auf dem riesigen Ackerland. Es ist ein leistungsstarker Helfer im Forstschutz, Gartenbau und der Stadtbegrünung.

Natürlich sind mikrobielle Pestizide nicht perfekt. Ihre Wirksamkeit wird leicht durch Umweltfaktoren eingeschränkt. Wenn Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Licht nicht geeignet sind, wird der Kontrolleffekt stark reduziert. Beispielsweise können hohe Temperaturen die Aktivität von Mikroorganismen verringern. Im Vergleich zu chemischen Pestiziden dauert es bei mikrobiellen Pestiziden oft mehrere Tage oder sogar länger, bis sie eine sichtbare Wirkung zeigen, was die Bekämpfung plötzlich auftretender Krankheits- und Schädlingsausbrüche erschwert.

Durch die umfassende Anwendung moderner Biotechnologien wie der Gentechnik dürften mikrobielle Pestizide eine stärkere Wirkung und bessere Anpassungsfähigkeit an die Umwelt entwickeln und so eine noch wichtigere Rolle bei der Verwirklichung einer harmonischen Koexistenz von Landwirtschaft und Ökologie sowie bei der Gewährleistung der Ernährungssicherheit spielen.