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Decrypting the role of bacterial signals in microbial interactions to enhance Lysobacter establishment in the rhizosphere

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Im Boden verborgen: Lösungen für eine umweltfreundlichere Schädlingsbekämpfung

Die Untersuchung des mikrobiellen Wachstumsverhaltens im Boden hat es EU-Forschenden ermöglicht, wirksamere bakterielle Pflanzenschutzmittel zu entwickeln. Diese könnten eine neue Ära der umweltfreundlichen Schädlingsbekämpfung bei Pflanzen einläuten.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Bakterielle Pflanzenschutzmittel haben sich in der Schädlingsbekämpfung bei Pflanzen zu einer umweltfreundlicheren Alternative im Vergleich zu chemischen Pestiziden entwickelt. Ihre Wirkungsweise beruht auf der Unterdrückung von Pflanzenpathogenen, indem sie hemmende Substanzen wie Antibiotika produzieren. Außerdem konkurrieren sie mit den Pathogenen um Nährstoffe wie Eisen oder bewirken eine natürliche Resistenz in den Pflanzen. Da bakterielle Pflanzenschutzmittel ungiftig und biologisch abbaubar sind, stellen sie kein Risiko für die Gesundheit von Mensch und Tier dar. Um ihre Markttauglichkeit zu gewährleisten, müssen jedoch noch einige Herausforderungen überwunden werden. „Bakterielle Pflanzenschutzmittel passen sich nicht leicht an neue Bodenbedingungen an und integrieren sich nur schwer in einheimische mikrobielle Gemeinschaften“, erklärt Ana Bejarano, Postdoktorandin an der Universität Trient in Italien, die an dem Projekt RhizoTalk mitgewirkt hat. „Diese Agenzien sind auch UV-Strahlung, extremen Temperaturen und dem pH-Wert des Bodens ausgesetzt. All diese Faktoren können zu einem schnellen Rückgang der Bakterienpopulationen führen und ihre Wirksamkeit beeinträchtigen.“ Mikroorganismen, die bei der Bekämpfung von Schädlingen und Krankheiten zum Einsatz kommen, werden als Pflanzenschutzmittel klassifiziert. Sie müssen im Rahmen zeit- und kostenintensiver Verfahren registriert werden, die denen für chemische Pflanzenschutzmittel ähneln. Dies hat das Investitionsbudget für die Markteinführung von bakteriellen Pflanzenschutzmitteln begrenzt.

Geheimnisse des Bodens

Das Projekt RhizoTalk, das mit Unterstützung der Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt wurde, wollte ein genaues Verständnis davon entwickeln, warum bakterielle Pflanzenschutzmittel im Boden nur schwierig zurechtkommen. Daraus könnten neue Formulierungen entwickelt werden, die den effektiven Einsatz von bakteriellen Pflanzenschutzmitteln ermöglichen. „Wir haben den Bakterienstamm Lysobacter capsici AZ78 als Modellbakterien für ein bakterielles Pflanzenschutzmittel verwendet“, sagt Bejarano. „Unser Ziel war es, Mechanismen aufzudecken, die der Interaktion zwischen Lysobacter-basierten Pflanzenschutzmitteln und anderen im Boden lebenden Bakterien zugrunde liegen. Wir hofften, dadurch Wissen zu generieren, das dann in landwirtschaftliche Anwendungen umgesetzt werden könnte.“ Der nächste Schritt war das Screening einer Sammlung von Bakterienisolaten, die aus mit Kupfer kontaminierten Böden stammen. Jeder Stamm wurde getestet, um zu prüfen, ob er die AZ78-Pflanzenschutz-Aktivität und die Toleranz gegenüber Austrocknung verbessern kann. Stämme, die in der Lage waren, die AZ78-Pflanzenschutz-Aktivität und die Resistenz gegenüber Umweltbelastungen zu verbessern, wurden als Helferbakterienstämme bezeichnet. Die bahnbrechende Analyse von AZ78 hat dazu beigetragen, den Wissensstand zur gemeinsamen und spezifischen Funktionsweise der mikrobiellen Aktivität in der Rhizosphäre des Bodens – der dünnen Bodenschicht, die von den Pflanzenwurzeln beeinflusst wird – zu erweitern. Das Screening von Bakterienisolaten auf Helferbakterienstämme führte auch erfolgreich zur Identifizierung mehrerer Stämme, die anscheinend im Einklang mit AZ78 arbeiten. „Wir konnten bakterielle Synergieeffekte erkennen, welche die Pflanzenschutz-Aktivität fördern und die Resistenz von AZ78 gegen Austrocknung erhöhen“, ergänzt Bejarano. „Aufgrunddessen war es uns möglich, unseren Konsortialpartnern eine Formulierung für bakterielle Pflanzenschutzmittel mit Helferbakterienstämmen vorzuschlagen, welche einen besseren Schutz bietet.“ Es wurde festgestellt, dass diese Formulierungen das Überleben der Bakterienzellen nach einer Lagerung bei 4 ºC für mindestens 90 Tage gewährleisten.

Umweltfreundliche Landwirtschaft

Die Ergebnisse des Projekts RhizoTalk verfügen über das Potenzial, zur Entwicklung der nächsten Generation von bakteriellen Pflanzenschutzmitteln beizutragen. „Die Agrarindustrie investiert zunehmend in umweltfreundliche Pestizide“, merkt Bejarano an. „Auch die europäische Politik konzentriert sich verstärkt darauf, die Umweltauswirkungen von Agrochemikalien zu reduzieren.“ Die Partner des Projektkonsortiums arbeiten weiter daran, das Marktpotenzial dieser Forschungsergebnisse auszuloten. Zusätzliche Finanzmittel für die Forschung werden beantragt und Gespräche über Materialübertragunsvereinbarungen mit landwirtschaftlichen Unternehmen sind im Gange. „Dieses Projekt hat dazu beigetragen, eine kritische Wissenslücke zu schließen, die bisher unsere Fähigkeit behindert hat, die Funktionsweise von Bakterien in der Rhizosphäre vollständig vorherzusagen“, so Bejarano. „Diese Errungenschaft wird Europa auf dem Weg zu nachhaltigeren Modellen der Landwirtschaft voranbringen.“

Schlüsselbegriffe

RhizoTalk, bakteriell, bakterielles Pflanzenschutzmittel, Pflanzenschutz, Boden, Pflanzen, Pathogene, mikrobiell, AZ78, Landwirtschaft, Umwelt, umweltfreundlich

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