Unter den gekräuselten und vergilbten Blättern findet ein "Krieg" statt

Produziert von: Science Popularization China

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

Hersteller: China Science Expo

Sind Ihnen beim Spazierengehen auf der Straße schon einmal die gelben und runzeligen Blätter in den Baumkronen aufgefallen? Haben Sie sich schon einmal vorgestellt, was im Inneren eines Blattes passiert? Neben der Vergilbung und dem Abfallen der Blätter durch den Wechsel der Jahreszeiten ist auch die grassierende Invasion von Krankheiten und Insekten einer der wichtigsten Gründe für die Vergilbung der Blätter.

Pfirsichblätter mit Krankheit infiziert

(Fotoquelle: veer)

Im Laufe der Geschichte hat die Menschheit nie aufgehört, gegen Pflanzenkrankheiten und Schädlinge, insbesondere gegen Nutzpflanzenkrankheiten, zu kämpfen. Bereits in der Han-Dynastie wurde in den „Fünf Elemente-Aufzeichnungen“ eine Heuschreckenplage dokumentiert, die im ersten Jahr von Kaiping in der späteren Liang-Dynastie (907 n. Chr.) ausbrach: „Heuschrecken brachen in den fünf Staaten Xu, Ru, Cai, Chen und Ying aus. Schwärme wilder Vögel flogen über den Himmel und fraßen alles, was ihnen vorkam.“ Wohin sie auch gingen, wuchs kein Gras.

In „Youshan Miscellaneous Stories“ wurde auch über den Ausbruch einer Reiskrankheit berichtet: „Im Mai und Juni wachsen die Reissetzlinge kräftig, aber im Juli beginnen sie zu schrumpfen und gelb zu werden, insbesondere in Gebieten mit zu viel Dünger.“ Dies führte in diesem Jahr zu einer großen Hungersnot.

Die alten Menschen umzingelten Heuschrecken

(Bildquelle: Referenz 1)

Diese alten Aufzeichnungen zeigen, dass die Menschen seit der Antike gegen Krankheiten und Schädlinge kämpfen. Die grassierende Ausbreitung von Krankheiten und Schädlingen hat dazu geführt, dass die Menschen Hungersnöte erleiden. Wenn wir die Bedrohung durch Krankheiten und Schädlinge langfristig eindämmen wollen, müssen wir verstehen, wie sie die Abwehrkräfte der Pflanze durchbrechen, in die Zellen eindringen und Schaden anrichten.

„Der Tyrann der Krankheiten“ – Pflanzenpilze

Es ist für uns nicht schwer zu verstehen, dass Insekten sich auf ihre einzigartigen Bedingungen verlassen können – den Stilett, um Pflanzenzellen/-gewebe zu durchbohren und Saft und Nährstoffe aufzunehmen. Welche Fähigkeit besitzen dann winzige Pflanzenpathogene, Pflanzennährstoffe zu „stehlen“?

Generell lassen sich Pflanzenpathogene in vier Kategorien einteilen: Pilze, Bakterien, Viren und Fadenwürmer. Jede Kategorie verfügt über ihre eigene einzigartige Fähigkeit, in Pflanzenzellen einzudringen, um Nährstoffe aufzunehmen und ihre Nachkommen fortzupflanzen.

Sehen wir uns zunächst an, wie Pilze, die „Tyrannen der Krankheitswelt“, in Pflanzenzellen eindringen und Nährstoffe stehlen.

Pflanzenpilze sind eine große Familie, die 80 % aller Pflanzenpathogene ausmacht. Bei ihrer Vermehrung produzieren sie eine Vielzahl kleiner Sporen. Diese cleveren Sporen sind auf die Kraft der Natur (Wind, Regen, Erde usw.) oder landwirtschaftliche Vorgänge angewiesen, um sich an geeigneten Pflanzen festzusetzen.

Sporenmorphologie unter dem Mikroskop

(Bildnachweis: Foto vom Autor aufgenommen)

Diese Sporen keimen und produzieren Hyphen, die sich „verwandeln“ – ähnlich wie Kaulquappen, die sich in Frösche verwandeln – und sich auf eine Vielzahl von Strukturen spezialisieren, die in Pflanzen eindringen können. Sie können sich an Zellen anheften, Bakterien fixieren und sogar Fadenwürmer jagen, um Nährstoffe aufzunehmen und Nachkommen zu zeugen.

Pilzsporen haften an Pflanzenoberflächen

(Bildquelle: sciencephotolibrary)

Pflanzenbakterien: Die Könige der Lecks

Im Gegensatz zu Pilzen sind Bakterien eine Art prokaryotischer Organismen und verfügen nicht über die natürlichen Fähigkeiten von Pilzen. Wenn sie auf Pflanzen treffen, können sie ihre Hyphenstruktur nicht dazu nutzen, in die Pflanzenzellen einzudringen, aber sie sind die aufmerksamsten Jäger.

Vielleicht weil Bakterien wissen, dass sie aktiv keinen Schaden anrichten können, sind sie von Natur aus gut darin, Schlupflöcher zu finden. Ob pflanzeneigene Stomata, Wasserporen, Nektardrüsen, Spuren von Insektenstichen oder versehentlich von Menschen gekratzte Wunden – sie alle können von Bakterien entdeckt und ausgenutzt werden.

Aufgrund dieser günstigen, von der Natur geschaffenen Bedingungen können sie sich erfolgreich in die „Nahrung“ einschleichen, ihre Infektion problemlos abschließen und sich im Leitgewebe der Pflanze ausbreiten, das zum Transport von Wasser, Nährstoffen und anderen Substanzen dient.

Auch viele Bakterien sind auf Insekten als Übertragungsmedium angewiesen und beide Seiten leben in einer für beide Seiten vorteilhaften Symbiose, die es ihnen ermöglicht, sich großflächig zwischen Pflanzen auszubreiten.

Die große Familie der Viren: Pflanzenviren

Ich glaube, dass in diesem Moment, in dem das neue Coronavirus wütet, jeder mit dem Wort „Virus“ vertraut ist. Als große Familie in der Virenwelt stellen Pflanzenviren auch eine enorme versteckte Gefahr für die Lebensmittelsicherheit dar. Bereits zwischen 2004 und 2006 verursachte der Ausbruch des Reisstreifenvirus in Jiangsu und anderen Orten meines Landes große Schäden an den Reisernten meines Landes und führte sogar zu einem vollständigen Ernteausfall, was eine enorme Bedrohung für die nationale Ernährungssicherheit darstellte.

Können Pflanzenviren also auch über die Luft und andere Kanäle übertragen werden, wie das neue Coronavirus? Die Antwort ist nein.

Da sich Pflanzen nicht wie Menschen autonom fortbewegen können, haben sich Pflanzenviren im Laufe der Zeit anders entwickelt als Tierviren. Die meisten Viren nutzen Insekten als wichtiges Medium, um sich zu verbreiten und in Pflanzenzellen einzudringen, genau wie einige Bakterien.

Wenn Insekten den Saft kranker Pflanzen saugen, atmen sie auch die Viruspartikel ein und speichern sie vorübergehend in ihrem Körper. Wenn sie die nächste gesunde Pflanze angreifen, dringt das listige Virus zusammen mit dem durch den Insektenbiss freigesetzten Speichel in die Pflanzenzellen ein und vermehrt sich mit Hilfe der Energie des Wirts, um den nachfolgenden pathogenen Prozess abzuschließen.

Ich glaube, dass sich jeder nach dem Anblick dieses Ereignisses die Frage stellt: Sind Insekten gute Menschen? Helfen Sie kostenlos und ohne Gegenleistung bei der Verbreitung des Virus?

Die Antwort ist ebenfalls nein.

Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass Insekten, wenn sie mit virusinfizierten und nicht virusfreien Pflanzen konfrontiert werden, häufig bevorzugt die ersten Pflanzen als Nahrungsquelle nutzen. Dies liegt daran, dass das Eingreifen von Viren die Freisetzung insektenabwehrender Chemikalien durch Pflanzen behindert und so die insektenabwehrende Wirkung verringert. Dadurch entsteht eine mutualistische symbiotische Beziehung zwischen Insekten und Viren, die einer gemeinsamen Infektion der Pflanzen durch beide förderlich ist. Man kann nicht anders, als über die große Weisheit dieser kleinen Leben zu seufzen!

Pflanzenparasiten: Pflanzennematoden

Angesichts der Pflanzennematoden fragen sich viele Leser vielleicht: Sind Pflanzennematoden nicht Insekten? Welchen Zusammenhang gibt es mit Krankheitserregern?

Tatsächlich ist dies nicht der Fall. Fadenwürmer gehören in der Taxonomie zum Stamm Nematoda, während Insekten zum Stamm Arthropoda gehören. Die beiden gehören nicht zur selben Kategorie. Tatsächlich sind Fadenwürmer jedoch eher mit Insekten als mit Krankheitserregern verwandt.

Pflanzennematoden unter dem Mikroskop

(Fotoquelle: veer)

Warum also werden Pflanzennematoden von Pflanzenschutzwissenschaftlern als Pflanzenpathogene eingestuft? Dafür gibt es drei Gründe:

1. Die von ihnen verursachten Symptome ähneln denen von Pflanzenpathogenen.

2. Sie sind klein und erfordern zur Beobachtung ein Mikroskop.

3. Vorkommen, Erforschung und Bekämpfung von Pflanzennematoden ähneln denen von Pflanzenpathogenen.

Nematoden schädigen Pflanzen auf ähnliche Weise wie Insekten, indem sie sich mit ihren Mundnadeln Nährstoffe beschaffen, allerdings unterscheiden sie sich in ihrer Form. Manche Insekten stechen zur Nahrungsaufnahme nur mit ihrem Kopf in das Pflanzengewebe, während andere mit ihrem gesamten Körper in das Gewebe eindringen. Sie alle können Pflanzen großen Schaden zufügen.

Abschluss

Wenn wir die vergilbten und gekräuselten Blätter unter ein Mikroskop legen, können wir möglicherweise erkennen, dass die Pflanzenzellen gegen Krankheitserreger kämpfen. Beide Seiten arbeiten hart daran, besser zu überleben. Die Wunder der Natur spiegeln sich vollständig in den winzigen Zellen wider!

Herausgeber: Wang Tingting

Quellen:

[1] Zhou Yao. Geschichte der frühen Entomologieforschung in China. Science Press: Peking, 1957, 125-132;

[2] Wei TY, Yang GJ, Liao FL et al. Genetische Vielfalt und Populationsstruktur des Reisstreifenvirus in China. Zeitschrift für Allgemeine Virologie. 2009, 90: 1025-1034.