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Landwirtschaft: Weizenpilz

In der Landwirtschaft sorgen Erkrankungen der Nutzpflanzen für erhebliche Verluste. Daher sind Erkenntnisse über das Entstehen und den Verlauf der Krankheiten von besonderer Bedeutung. Ein ungewöhnliches Archiv bringt überraschende Neuigkeiten.
Blattfleckenkrankheit beim Weizen
Für Bauern können sie zur Katastrophe werden. Allein in den USA entstehen durch sie jedes Jahr Schäden in Höhe von etwa 250 Millionen Dollar. In Europa werden in der Landwirtschaft ungefähr 300 Millionen Euro pro Jahr für Mittel aufgewendet, um sie zu bekämpfen. Mancherorts sind sie unter Namen bekannt wie Spelzenbräune, Braunspelzigkeit, Brennfleckenkrankheit oder Getreideschwärze.

Blattfleckenkrankheit | Septoria – Blattfleckenkrankheit beim Weizen
Gemeint sind Pilzerkrankungen, die weltweit verbreitet sind und vornehmlich in kühleren, feuchten Gebieten in regenreichen Sommern auftreten. Einige Pilze befallen beispielsweise Getreide, indem sie bei der Infektion lange, dünne Zellfäden als Haftorgane ausbilden, die in die zukünftige Wirtspflanze eindringen und sich so festsetzen.

Unklar war bisher, wie sich äußere Umstände auf den Ausbruch solcher Pilzerkrankungen auswirken. Oft tritt der Befall unvorhersagbar auf und verschwindet auch ebenso wieder. Um die Zusammenhänge und Prozesse besser zu verstehen, sind langfristige Beobachtungen vonnöten, die leider nur allzu selten möglich sind.

Broadbalk Experiment, 1880 | Ernte im Jahre 1880 beim Broadbalk-Experiment
Sarah Bearchell und ihre Kollegen von der Universität Reading und Rothamsted Research sind auf ein aussagekräftiges Archiv gestoßen: Zwischen 1843 und 2003 wurden während des "Broadbalk – Winter – Wheat – Experiments" jedes Jahr Weizen-Proben eingelagert. In einer Studie konnten sie damit das Auftreten von Krankheitserregern über einen Zeitraum von 160 Jahren untersuchen, indem sie darin das Erbgut der Keime aufspürten und mittels Polymerase-Kettenreaktion vervielfältigten.

Rothamsted Farm | Luftaufnahme des heutigen Broadbalk-Experiments mit der Rothamsted Farm im Hintergrund
Dabei standen zwei Verursacher von Pilzerkrankungen, namentlich Phaeosphaeria nodorum und Mycosphaerella graminicola, im Vordergrund. Diese Pathogene können gleichzeitig auf den Blättern der Pflanzen existieren und beeinträchtigen die Fotosynthese. Weltweit gehen dadurch jährlich Millionen von Tonnen von Getreide verloren. Auch ist bekannt, dass die beiden Spezies relativ zueinander zu bestimmten Zeiten unterschiedlich stark auftreten. Verschiedene Erklärungen, wie Veränderungen im Einsatz von Fungiziden oder der Resistenz, sind dafür bereits vermutet worden. Eine schlüssige Vorhersage gab es jedoch noch nicht.

Zunächst erwartete das Team einen Zusammenhang mit steigenden Temperaturen im Zuge der globalen Erwärmung. Aber zu ihrer Überraschung bestätigte sich dies nicht. Vielmehr zeigte sich eine deutliche Beziehung zur Luftverschmutzung. 1844 stiegen die Emissionen von Schwefeldioxid im Zuge der industriellen Revolution stark an. Zur selben Zeit war M. graminicola dreimal so stark vertreten wie P. nodorum. Im Verlauf des letzten Jahrhunderts änderte sich dieses Bild und das Vorkommen von P. nodorum explodierte um das Hundertfache. Anfang der 1980er Jahren gab es erneut eine Trendwende, und M. graminicola war wieder deutlich im Vorteil. Die Forscher erklären dies durch einen Rückgang im Verbrauch von Kohle während der letzten beiden Jahrzehnte.

Mycosphaerella graminicola | Befall an Weizenblättern durch Mycosphaerella graminicola, 28 Tage nach der Infektion mit Sporen in einem Gewächshaus.
Wahrscheinlich begünstigen steigende Konzentrationen an Schwefeldioxid eine Infektion der Pflanzen mit dem Erreger P. nodorum. Im Gegensatz dazu wird das Wachstum von M. graminicola, das die Blätter durch Spaltöffnungen in der Epidermis durchdringt, durch sauren Regen gehemmt – mit dem Erfolg, dass sich der Pilz die letzten Jahrzehnte durch den Rückgang der Schwefeldioxid-Konzentrationen wieder ausbreiten konnte. Wie genau die beiden Keime beeinflusst werden, bleibt aber noch unklar. Schließlich ist es gut möglich, dass auch andere luftverschmutzende Gase wie Ozon ihre Finger im Spiel haben, dessen pflanzenschädigende Wirkung bekannt ist.

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