Jeden Herbst werden nicht nur die Pflanzen „geerntet“ …

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Gao Kaixing (Institut für Mikrobiologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Im Herbst, einer goldenen und strahlenden Jahreszeit, ist das Land China von der Freude der Ernte erfüllt. Die reiche Ernte ist die Frucht harter Arbeit in diesem Jahr und zugleich die Hoffnung für die Aussaat im nächsten Jahr.

Wie das Sprichwort sagt: „Der Duft der Reisblüten zeugt von einer guten Ernte, und man kann auch das Geräusch der Frösche hören.“ Dies gilt sowohl für Nutzpflanzen als auch für Krankheitserreger. Nach der Ernte der reichlich vorhandenen Früchte bleiben abgestorbene Äste und Blätter übrig, die einer Vielzahl lebender parasitärer Krankheitserreger die Nahrungsgrundlage entziehen und sie somit überlebensfähig machen.

Intelligente Mikroorganismen müssen außerdem dafür sorgen, dass sie sich vermehren und gedeihen können. Aus diesem Grund ist die Erntezeit im Herbst oft auch die Jahreszeit, in der sich Krankheitserreger stark vermehren und verbreiten.

Schädlinge und Krankheiten: eine enorme Bedrohung für Pflanzenwachstum und Ernte

Während ihres gesamten Lebenszyklus sind Nutzpflanzen der Bedrohung durch pathogene Mikroorganismen ausgesetzt – von der Keimung der Samen im Boden bis hin zum Wachstum der grünen Blätter und der Produktion der Früchte.

Wurzeln, Blätter und Früchte von Nutzpflanzen können von verschiedenen Krankheitserregern befallen sein, die den Pflanzen unterschiedlich starke Schäden zufügen. Darüber hinaus neigen Krankheitserreger dazu, sich bei reichlich Niederschlag und entsprechender Temperatur und Luftfeuchtigkeit stärker auszubreiten. Daher war der regnerische Herbst für die Landwirte schon immer eine erfreuliche, aber auch sorgenvolle Jahreszeit.

Alle Pflanzenorgane können von Krankheitserregern befallen werden

(Bildquelle: Referenz [1])

Im Juli 2023 traf der Taifun Dusurui die wichtigsten Getreideanbaugebiete in den Regionen Huanghuai und Huaihai in Anhui, Henan und anderen Teilen meines Landes und verursachte massive Schäden an Grundnahrungsmitteln wie Mais und Sojabohnen sowie Schäden an Blättern und Früchten der Pflanzen.

Um den massiven Ausbruch von Schädlingen und Krankheiten nach Katastrophen zu verhindern, hat das Ministerium für Landwirtschaft und ländliche Angelegenheiten spezielle Maßnahmen zur Katastrophenvorsorge eingeführt, um Ernteausfälle zu verhindern und wirtschaftliche Verluste zu verringern.

Es ist offensichtlich, dass das Auftreten von Krankheiten und Insektenschädlingen enorme potenzielle Risiken für die Pflanzenproduktion und Ernte birgt.

Welche Krankheiten können Pflanzen bekommen?

Welchen Gefahren durch Krankheitserreger sind Pflanzen während der Erntezeit im Herbst ausgesetzt?

Nehmen wir Reis als Beispiel. Reis ist das wichtigste Grundnahrungsmittel in meinem Land und sogar in Südostasien. Die Anbaufläche für Reis beträgt in meinem Land 450 Millionen Mu und die jährliche Produktion liegt bei über 200 Millionen Tonnen. Für mehr als 65 % der Bevölkerung meines Landes ist Reis das Grundnahrungsmittel.

Die gesamte Wachstumsperiode von Reis beträgt etwa 4–5 Monate. Während dieser Zeit durchläuft der Reis eine Reihe von Stadien: von der Saat über kleine Setzlinge, Bestockung, Ährenbildung, Ährenbildung, Blüte bis hin zur Reife und Fruchtbildung.

In diesem Zeitraum traten zahlreiche bakterielle, pilzliche und virale Erkrankungen auf, beispielsweise die Reisweißblattfäule, die Reisstreifenblattfäule, die Reisscheidenfäule und so weiter.

Mit Reisstreifenkrankheit infizierte Felder

(Bildquelle: Referenz [2])

Der schwerwiegendste Reisbrand, auch Reiskrebs genannt, kann während der gesamten Wachstumsperiode von Reis auftreten . Kommt es während der Fruchtperiode zu einem großflächigen Ausbruch der Reis- und Getreidebrandkrankheit, liegt das gesamte Ackerland unfruchtbar.

Reisbrand: Blattbrand/Kornbrand

(Bildquelle: Referenz [3])

Reisbrand ist eine typische Pilzkrankheit von Pflanzen . Sein frühestes Vorkommen lässt sich auf eine Passage im Tiangong Kaiwu zurückführen, das von Song Yingxing in der Ming-Dynastie in China verfasst wurde: „Nachdem die Setzlinge gekeimt sind (d. h. Ähren geschlagen haben), brennen nachts Geisterfeuer ... Immer wenn die Reisblätter damit in Berührung kommen, verbrennen sie sofort.“

Die Menschen im Altertum wussten nicht, was Reisbrand ist und verglichen die kranken Pflanzen mit dem Verbrennen durch „Geisterfeuer“. Heute wissen wir, dass es tatsächlich die Sporen des Reisbrandpilzes sind, die am Werk sind.

Der Reisbrandpilz infiziert Pflanzen durch die kleinen Konidien, die er produziert (siehe kleines Bild (b) in der Abbildung unten). Diese Konidien landen mit der natürlichen Brise oder haften an den Körpern der Bauern, die durch die Felder gehen, und fallen dann auf die Blätter gesunder Pflanzen.

Erreger der Reisbräune

(Bildquelle: Referenz [4])

Diese pathogenen Mikroorganismen dringen durch Wunden aus der Umgebung oder direkt durch die Epidermis in die Blätter ein, produzieren Haftzellen, bilden Infektionsfäden und dringen schließlich in das innere Gewebe der Pflanze ein, um die Infektion abzuschließen. Die Symptome treten normalerweise innerhalb von 4–5 Tagen auf.

Wenn der Reisbrandpilz die Körner im Kolben befällt, während der Reis wächst, blüht und sich veredelt, hat dies verheerende Auswirkungen auf den Reisertrag.

Wie sollten wir Pflanzenkrankheiten behandeln?

Wie können Pflanzenkrankheiten, die sich so schnell entwickeln und so schwere Schäden verursachen, am wirksamsten verhindert und bekämpft werden?

Tatsächlich ist die Vorbeugung und Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten dasselbe wie die Behandlung von Menschen durch einen Arzt. Zunächst wird der Arzt dem Patienten raten, seine Immunität durch körperliche Betätigung zu stärken. Bei Pflanzen können exogene Düngemittel eingesetzt werden, um die Nährstoffaufnahme der Pflanze zu steigern und dadurch ihre Immunität zu verbessern und ihre Widerstandsfähigkeit gegen Krankheitserreger zu erhöhen.

Ist eine Pflanze einmal mit Krankheitserregern infiziert, muss zunächst ermittelt werden, ob Bakterien, Pilze oder Viren die Pflanze „krank“ machen, und die Krankheit mit den entsprechenden Medikamenten behandelt werden .

Wenn es sich um eine bakterielle Erkrankung handelt, können wir normalerweise einen Querschnitt der Pflanze anfertigen und die Schnittfläche in Wasser stellen. Tritt eine größere Menge Bakterieneiter ins Wasser ein, lässt sich ein Bakterienbefall der Pflanze feststellen.

Pilzkrankheiten wie die Reisbräune produzieren oft eine große Anzahl an Sporen und das Vorhandensein von Pilzen ist mit bloßem Auge deutlich zu erkennen .

Viruserkrankungen sind am schwierigsten zu identifizieren, da die von ihnen verursachten Pflanzensymptome denen einiger nicht ansteckender Krankheiten ähneln (Nährstoffmangel bei Pflanzen, Stress durch hohe Temperaturen usw.). Ihre Identifizierung erfordert oft den Einsatz molekularbiologischer Methoden und eine Bestätigung unter Laborbedingungen .

Da es sich bei Pflanzenviren in der Regel um lebende Parasiten handelt, werden über 80 % von ihnen durch Vektorinsekten übertragen. Sie nutzen geschickt den Fressvorgang der Insektenvektoren aus und dringen zusammen mit dem Speichel der Insekten in gesunde Pflanzen ein, um die Infektion abzuschließen.

Nachdem ein Virus eine Pflanze infiziert hat, verändert es häufig die Art der Verbindungen, die es von außerhalb des Körpers freisetzt, wodurch die Produktion insektenresistenter Substanzen im Körper verringert wird und Insekten leichter von der Pflanze fressen können. Man kann sagen, dass dies eine Manifestation **hervorragender dualer Intelligenz** ist.

Wenn es also viele Insekten gibt, die Viren auf verdächtigen Pflanzen verbreiten können, kann dies auch dazu beitragen, das Vorhandensein von Viruserkrankungen festzustellen.

Insekten verbreiten Pflanzenkrankheiten

(Bildquelle: Autor)

Drittens: Verschreiben Sie das richtige Medikament für die Krankheit . Bei bakteriellen und pilzlichen Erkrankungen ist häufig der Einsatz geeigneter Pestizide in entsprechender Dosierung zum Spritzen erforderlich, wodurch der verheerende Krankheitsausbruch wirksam verlangsamt und erhebliche Produktionsverluste vermieden werden können. Was Viruserkrankungen betrifft, so gibt es derzeit kein wirksames spezifisches Medikament, um sie auszumerzen. Die einzige Möglichkeit, großflächige Ausbrüche von Viruserkrankungen zu verhindern und unter Kontrolle zu bringen, besteht darin, die Verbreitung der Virusüberträger zu kontrollieren.

Natürlich bereitet der Einsatz von Pestiziden den Menschen oft große Sorgen. Der übermäßige Einsatz von Pestiziden stellt eine große Gefahr für die Umwelt und die menschliche Gesundheit dar.

Aus diesem Grund erforschen und entwickeln Wissenschaftler ständig neue umweltfreundliche Methoden zur Vorbeugung und Bekämpfung von Krankheiten.

Am 30. Juni 2023 veröffentlichte Ye Jians Forschungsgruppe am Institut für Mikrobiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ihre Ergebnisse zur Krankheitsprävention und -kontrolle. Sie fanden heraus, dass die Bestrahlung von Pflanzen mit Nahinfrarotlicht (NIR) ihre Widerstandsfähigkeit gegen Viruserkrankungen erhöhen und ihre Immunantwort verbessern kann. Sie schlugen auf kreative Weise den Einsatz von Phototherapie zur umweltfreundlichen Vorbeugung und Kontrolle von Viruserkrankungen vor und fügten damit dem physischen Werkzeugkasten zur Vorbeugung und Kontrolle von Pflanzenviren eine grüne Wunderwaffe hinzu.

Abschluss

Die „Hassliebe“ zwischen Pflanzen und Mikroorganismen besteht seit der Antike bis in die Gegenwart, und beide haben sich kontinuierlich bemüht und weiterentwickelt, um das Überleben des jeweils anderen zu sichern.

Wir Menschen hoffen oft, dass die Pflanzen in diesem Kampf die Oberhand behalten, aber vergessen wir nicht, dass auch winzige Mikroorganismen einen extrem hohen „IQ“ haben und immer bereit sind, sich neuen Herausforderungen zu stellen.

Während wir die Freude an der Ernte genießen, dürfen wir nicht nachlässig sein und darauf achten, dass sich bei der Herbsternte keine Krankheiten ausbreiten.

Quellen:

【1】Agrios, GN, 2005. Pflanzenpathologie (Fünfte Ausgabe). Akademische Presse, 3-75. doi:doi.org/10.1016/B978-0-08-047378-9.50007-5. (2005).

【2】Xu, Y., Fu, S., Tao, X., Zhou, X., 2021. Reisstreifenvirus: Erforschung molekularer Waffen im Arsenal eines RNA-Virus mit negativer Sequenz. Annu Rev Phytopathol. doi:10.1146/annurev-phyto-020620-113020 (2021).

【3】Boddy, L., 2016. Pathogens of Autotrophs, The Fungi, S. 245–292.

【4】Skamnioti, P., Gurr, SJ, 2009. Gegen den Strich: Schutz von Reis vor Reisbrand. Trends in Biotechnology 27, 141-150. doi:10.1016/j.tibtech.2008.12.002 (2009).

【5】Ye, J., Zhang, L., Zhang, X., Wu, X., Fang, R., 2021. Pflanzenabwehrnetzwerke gegen durch Insekten übertragene Krankheitserreger. Trends Plant Sci 26, 272-287. doi:10.1016/j.tplants.2020.10.009 (2021).

【6】Zhang,