Die Pflanzenwelt erlebt ein unerwartetes Phänomen: Rinder und Schafe können Graslandkrankheiten durch den Verzehr von Grasland reduzieren

Produziert von: Science Popularization China

Produziert von: Zhao Xumao (Jungforscher, Lanzhou University)

Hersteller: Computer Network Information Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Von der Pest und den Pocken bis hin zu SARS und COVID-19 ist die Menschheitsgeschichte fast eine Geschichte des Umgangs mit Infektionskrankheiten. Während der Mensch weiterhin gegen Krankheitserreger kämpft, leisten Pflanzen auch an einer anderen Front tapfere Widerstand gegen Krankheitserreger. Darüber hinaus ist die Gesundheit der Pflanzen eng mit dem menschlichen Leben, der Gesundheit, der Produktion und dem Leben verbunden.

Wenn Pflanzen krank werden, bleibt auch der Mensch nicht verschont.

Krankheiten an Nutzpflanzen beeinträchtigen die Nahrungsmittelproduktion unmittelbar und gefährden somit das Überleben der Menschheit. Historisch gesehen waren Kartoffeln für die Iren das Grundnahrungsmittel. Von 1845 bis 1846 wütete in den wichtigsten Getreideanbaugebieten Irlands eine durch Phytophthora infestans (ein pathogener Eipilz) verursachte Kartoffelfäule. Innerhalb weniger Monate verhungerten Hunderttausende Menschen und Millionen wurden vertrieben und flohen nach Europa und Nordamerika.

Darüber hinaus können in natürlichen Ökosystemen auftretende Pflanzenkrankheiten auch dem Menschen Schaden zufügen.

China verfügt über 6 Milliarden Mu Grünland, das entspricht 41 % der Landesfläche und ist mehr als dreimal so groß wie die derzeitige Ackerfläche meines Landes. Die meisten dieser Graslandschaften werden für die Viehzucht genutzt. Hunderte Millionen Rinder und Schafe grasen auf ihnen und versorgen die Menschen direkt mit verschiedenen Fleisch- und Milchprodukten.

Blätter sind die wichtigsten Photosyntheseorgane der Pflanzen. Allerdings befallen viele Pflanzenpathogene häufig die Blätter von Futtergräsern und verursachen Krankheiten, die die Photosynthese beeinträchtigen und eine Reihe von Folgen nach sich ziehen, wie etwa verringerte Futtererträge, Qualitätseinbußen und die Ansammlung schädlicher Giftstoffe.

Graslandkrankheiten stehen in direktem Zusammenhang mit den „Lunchboxen“ und „Milchkannen“ Tausender Haushalte und auch mit den „Geldbörsen“ von Millionen von Viehzüchtern. Die meisten Hirten Chinas gehören ethnischen Minderheiten an und leben in den Grenzgebieten des Mutterlandes. Die Gesundheit des Futters hängt eher mit dem Plan des Landes zur Armutsbekämpfung sowie mit der sozialen Stabilität und Einheit zusammen. Da es um die Volkswirtschaft und den Lebensunterhalt der Menschen geht, können wissenschaftliche Forscher es nicht ignorieren. Darüber hinaus erforschen Wissenschaftler aktiv die Auswirkungen der Beweidung auf Futterpflanzenkrankheiten.

Unterschätzen Sie nicht die „Kuh, die Gras frisst“! Beweidung kann auch Grasland schützen

Traditionell ging man davon aus, dass Beweidung Grasland schädigen kann. Neuere Forschungsergebnisse haben jedoch ergeben, dass eine gewisse Beweidungsintensität Grasland indirekt schützen kann, indem sie durch Krankheitserreger hervorgerufene Pflanzenkrankheiten reduziert. Die entsprechenden Ergebnisse wurden im New Phytologist, einer führenden internationalen botanischen Fachzeitschrift, unter dem Titel „Contrasting effects of mammal grazing on foliar fungal diseases: patterns and potential mechanisms“ veröffentlicht.

Forscher Liu Xiang macht eine Pause in der Wildnis. Quelle: vom Autor bereitgestellt

Um den „Puls“ des Futters zu diagnostizieren, müssen wir die Quelle zurückverfolgen und die Quelle der Pflanzenpathogene finden. Zu den Pflanzenpathogenen zählen pathogene Pilze (darunter pathogene Pilze und pathogene Oomyceten), pathogene Bakterien, pathogene Nematoden und Pflanzenviren. Entsprechend den lebensgeschichtlichen Merkmalen von Krankheitserregern können diese in biotrophe und nekrotrophe Krankheitserreger unterteilt werden. Vergleicht man Krankheitserreger mit „Vampiren“, kann man sie in biotrophe Krankheitserreger, die „menschliches Blut saugen“, und nekrotrophe Krankheitserreger, die „Vampirblut saugen“, unterteilen.

Bei den sogenannten biotrophen Pathogenen handelt es sich um Pathogene, die Nährstoffe nur aus den lebenden Zellen des Wirtes gewinnen können und in lebendem Pflanzengewebe leben. Viren werden nach dem Verlassen lebender Zellen schnell inaktiviert, was sie zu typischen biotrophen Krankheitserregern macht. Beispielsweise sind die Erreger häufiger Pflanzenkrankheiten wie Rost und Mehltau biotroph.

Nekrotrophe Pathogene sind Pathogene, die Nährstoffe aus den toten Zellen des Wirtes gewinnen und in totem Pflanzengewebe leben können. Die oben genannten lebensgeschichtlichen Merkmale von Krankheitserregern führen unmittelbar dazu, dass die Fortpflanzungskörper biotropher Krankheitserreger häufig nur in lebenden Pflanzengeweben existieren können; während die Fortpflanzungskörper nekrotropher Krankheitserreger in toten Zweigen, Blättern und im Boden allgegenwärtig sind.

Durch ein detailliertes Verständnis der „Feindlage“ können Forscher Truppen dann gezielt einsetzen. Aufgrund der oben genannten Eigenschaften von Pflanzenpathogenen wählte das Forschungsteam von Liu Xiang vom Institut für ökologische Innovation der Universität Lanzhou die typische Alpenwiese im östlichen Qinghai-Tibet-Plateau als Forschungsobjekt.

Das Qinghai-Tibet-Plateau ist nicht nur das Dach der Welt, sondern auch ein wichtiges Grasland in meinem Land und ein Paradies für 50 Millionen Schafe und 14 Millionen Yaks. Der Wohlstand des Futters hängt mit dem Überleben des Viehbestands zusammen, und das Überleben des Viehbestands steht in direktem Zusammenhang mit der Produktion und dem Leben von 5 Millionen lokalen Hirten auf dem Qinghai-Tibet-Plateau. Die Forschungsgruppe von Liu Xiang nutzte die experimentelle Plattform des Yak-Weidegradienten, um zahlreiche Untersuchungen zum Auftreten von Pflanzenkrankheiten unter verschiedenen Weidegradienten durchzuführen (Weidehaltung unterschiedlicher Anzahlen von Rindern und Schafen auf einer bestimmten Grünlandfläche, und je mehr Rinder und Schafe vorhanden sind, desto höher ist die Weideintensität). Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Beweidung Pflanzenkrankheiten, die durch biotrophe Krankheitserreger wie Rost verursacht werden, direkt reduziert. Das heißt, dass eine Beweidung mit einer bestimmten Intensität Grasland indirekt schützen kann, indem sie Pflanzenkrankheiten durch Pathogene reduziert. Es ist zu beachten, dass die Hemmung von Krankheitserregern durch Beweidung auf biotrophe Krankheitserreger beschränkt ist und keinen signifikanten Einfluss auf Pflanzenkrankheiten hat, die durch nekrotrophe Krankheitserreger verursacht werden, wie beispielsweise Blattflecken.

Gilt die obige Feststellung nur für das Qinghai-Tibet-Plateau oder ist sie überall anwendbar? Um zu bestätigen, ob die oben genannten Erkenntnisse allgemeingültig sind, hat das Forschungsteam von Liu Xiang aus den Datenbanken des Web of Science und der China National Knowledge Infrastructure insgesamt 63 Fallstudien zu den Auswirkungen der Beweidung auf Pflanzenkrankheiten weltweit zusammengetragen und diese Daten anschließend integriert und analysiert. Die Analyseergebnisse bestätigten die Richtigkeit der Schlussfolgerung, die die Forschungsgruppe um Liu Xiang auf der Grundlage des Weideexperiments auf alpinen Wiesen gezogen hatte: Während die Beweidung die durch biotrophe Krankheitserreger verursachten Krankheiten reduzierte, hatte sie keinen signifikanten Einfluss auf die durch nekrotrophe Krankheitserreger verursachten Krankheiten.

Was genau verursacht also die unterschiedlichen Auswirkungen der Beweidung auf verschiedene Arten von Pflanzenkrankheiten? Liu Xiang et al. Darüber hinaus wurde ein kontrolliertes Experiment entwickelt, um den möglichen Mechanismus dieses differenzierten Effekts zu untersuchen. Er wählte zwei häufige Alpenwiesenpflanzen aus, von denen eine Rostpilz (Phragmidium potentillae) aufwies, der durch einen biotrophen Erreger verursacht wurde, und die andere Blattfleckenkrankheit (Ascochyta sp.), die durch einen nekrotrophen Erreger verursacht wurde.

Sporenhaufen und Sporenmorphologie von Phragmidium potentillae, fotografiert an der Gannan Grassland Ecosystem National Field Scientific Observation and Research Station (Azi Station) Quelle: Vom Autor bereitgestellt

Phragmidium potentillae unter dem Mikroskop. Quelle: Vom Autor bereitgestellt

Die Forscher entfernten mit einer Schere manuell einige Pflanzenblätter, um die Auswirkungen des Weidens auf die Pflanzenblätter zu simulieren, und untersuchten anschließend das Auftreten von Krankheiten. Kontrollexperimente haben bestätigt, dass sich biotrophe Krankheitserreger hauptsächlich auf frischem Gras verbreiten. Beim Weiden nagen die Tiere am Gras und entfernen dabei die Fortpflanzungskörper biotropher Krankheitserreger. Dadurch wird das Ziel erreicht, die Übertragungsquelle unter Kontrolle zu bringen.

Wintersporen und Sommersporen von Rostpilzen unter dem Mikroskop. Quelle: vom Autor bereitgestellt

Obwohl ich im Osten etwas gewonnen habe, habe ich im Westen auch etwas verloren. Wunden, die das Vieh den Pflanzen beim Grasen zufügt, können die Verbreitung nekrotropher Pathogene fördern und so zu Krankheiten führen. Denn die Reproduktionskörper nekrotropher Krankheitserreger können oft in großer Zahl in abgestorbenen Ästen und Blättern, im Boden und sogar in der Luft vorhanden sein.

Diese Studie beantwortet die Frage, wie sich Beweidung auf Pflanzenkrankheiten auswirkt, die durch Krankheitserreger mit unterschiedlichen Lebensverlaufstypen verursacht werden. Dadurch können wir das Auftreten von Pflanzenkrankheiten bei Beweidung deutlich besser vorhersagen und es bietet wichtige theoretische Unterstützung für die Formulierung von Maßnahmen zur Grünlandnutzung und -bewirtschaftung sowie für die Entwicklung von Frühwarnsystemen für biologische Katastrophen im Grünland. Als nächstes wird sich das Forschungsteam von Liu Xiang weiterhin auf die Auswirkungen biologischer Faktoren wie Artenreichtum der Pflanzen, phylogenetische Beziehungen, Umweltfaktoren wie Temperatur und Feuchtigkeit sowie menschlicher Störfaktoren wie Düngung und Beweidung auf pathogene Pilze konzentrieren.

Hinweis: Diese Untersuchung wurde unabhängig von lokalen wissenschaftlichen Forschern in meinem Land durchgeführt. Der junge Forscher Liu Xiang vom State Key Laboratory of Grassland Agro-Ecosystems/Institute of Ecological Innovation an der Lanzhou University ist der korrespondierende Autor des Artikels, und Dr. Liu Mu und Dr. Ze Rangdongke von der Southwest University for Nationalities sind die Co-Erstautoren des Artikels. Die in der Studie verwendete Weidegradienten-Experimentierplattform wurde von der Nationalen Feldbeobachtungs- und Forschungsstation für das alpine Feuchtgebietsökosystem Sichuan Ruoergai der Southwest University for Nationalities im Kreis Hongyuan in der Provinz Sichuan eingerichtet. Diese Forschung wurde von der National Natural Science Foundation of China, aus Startkapital für die Talentforschung der Lanzhou-Universität und aus den Betriebskosten der zentralen Universität für Grundlagenforschung der Lanzhou-Universität finanziert.