Synergistic effect of Pseudomonas fluorescens and arbuscular mycorrhizal fungi on root-knot nematode, Meloidogyne incognita and enzyme activity in eggplant under nursery and permanent pot conditions

In der verborgenen Welt unter der Erde spielt sich ein ständiger Kampf zwischen Pflanzen und mikroskopisch kleinen Eindringlingen ab. Unter den problematischsten dieser Eindringlinge sind Wurzelgallennematoden, winzige wurmartige Kreaturen, die in Pflanzenwurzeln eindringen und geschwollene Knoten bilden, welche die Fähigkeit der Pflanze stören, Wasser zu trinken und Nährstoffe aufzunehmen. Wenn diese Schädlinge Nutzpflanzen wie die Aubergine angreifen, können sie ganze Ernten vernichten. Jahrzehntelang haben Landwirte mit chemischen Giften zurückgeschlagen, doch diese Substanzen schaden oft der Umwelt und der menschlichen Gesundheit. Dies hat Wissenschaftler dazu getrieben, nach einer sanfteren, nachhaltigeren Lösung zu suchen: der Nutzung der eigenen Verteidiger der Natur. Zwei solche Verteidiger sind eine spezifische Art von nützlichen Bakterien und eine Gruppe hilfreicher Pilze. Die Bakterien leben im Boden und können Substanzen produzieren, die schädliche Organismen abwehren oder töten, während die Pilze eine Partnerschaft mit den Pflanzenwurzeln eingehen, die ihnen helfen, Nährstoffe aufzunehmen, und in einigen Fällen die Pflanze widerstandsfähiger gegen Angriffe machen. Die Frage, die Forscher lange gestellt haben, ist, ob diese beiden Verbündeten besser zusammenarbeiten als allein, und ob die Einführung von ihnen früh im Leben einer Pflanze einen besseren Schutz bietet als die Zugabe zu einem späteren Zeitpunkt.

Ein Team von Wissenschaftlern in Ägypten setzte sich zum Ziel, diese Idee am Beispiel von Auberginen-Setzlingen zu testen. Sie arbeiteten in einem kontrollierten Gewächshaus, einer Struktur, die die Pflanzen vor dem Wetter im Freien schützt, während sie natürliches Licht und Luft durchlässt. Die Forscher konzentrierten sich auf einen spezifischen Stamm des Bakteriums Pseudomonas fluorescens und eine Art von nützlichem Mykorrhizapilz. Ihr Ziel war es zu sehen, wie diese Mikroben das Wachstum von Auberginen-Setzlingen und deren Fähigkeit zur Abwehr der Wurzelgallennematoden beeinflussen. Das Experiment wurde in zwei verschiedene Phasen unterteilt, um die reale Landwirtschaft nachzuahmen. Zuerst wurden die Setzlinge in kleinen Anzuchtschalen gezüchtet, in denen sie Behandlungen mit den Bakterien, den Pilzen oder einer Kombination aus beidem erhielten. Nach einem Monat wurden diese jungen Pflanzen in größere Töpfe mit Erde umgepflanzt, wo sie dann den Nematoden-Schädlingen ausgesetzt wurden. Einige Pflanzen erhielten die Mikroben erneut in den größeren Töpfen, während andere die Mikroben nur in der Anzuchtphase erhielten. Die Forscher behielten auch Gruppen von Pflanzen ein, die weder Mikroben noch Schädlinge erhielten, sowie Gruppen, die zwar Schädlinge, aber keine Mikroben erhielten, um eine Basis für den Vergleich zu schaffen.

Die Ergebnisse zeigten einen klaren Vorteil bei der frühen Einführung dieser nützlichen Mikroben. Wenn die Setzlinge in der Anzuchtphase gemeinsam mit den Bakterien und den Pilzen behandelt wurden, wuchsen sie signifikant größer und gesünder als jene, die nur mit einem der Mikroben oder gar nicht behandelt wurden. Diese kombinierte Behandlung steigerte das Gesamtwachstum der Setzlinge um fast siebzig Prozent im Vergleich zu gesunden Pflanzen, die keiner Behandlung unterzogen wurden. Dennoch zeigte sich die beeindruckendste Erkenntnis, als die Pflanzen dem Nematodenangriff gegenüberstanden. Die effektivste Strategie, um die Schädlinge zu stoppen, war es, die Pflanzen während der Anzuchtphase mit den Bakterien allein zu behandeln und die Nematoden erst später in den permanenten Töpfen einzuführen. Dieser Ansatz reduzierte die Anzahl der Nematoden und den von ihnen verursachten Schaden um mehr als sechsundachtzig Prozent. Im Gegensatz dazu führte die erneute Zugabe der Bakterien in der späteren Phase oder das Mischen der Bakterien und Pilze in der Anzuchtphase vor der Zugabe der Nematoden zu weniger Schutz. Die Daten zeigten, dass die frühe Einführung der Bakterien einen dauerhaften Schutzschild schuf, der die Pflanze auch nach dem Umzug in den größeren Topf weiterhin schützte.

Über das Stoppen der Schädlinge hinaus untersuchten die Forscher, was im Inneren der Pflanze selbst geschah. Pflanzen besitzen ihre eigenen internen Abwehrsysteme, zu denen spezielle Enzyme gehören, die wie chemische Schilde wirken. Die Studie fand heraus, dass die Pflanzen, die mit den Bakterien in der Anzuchtphase behandelt und dann Nematoden ausgesetzt wurden, einen massiven Anstieg der Aktivität von zwei Schlüssel-Abwehrenzymen zeigten. Eines dieser Enzyme, das der Pflanze hilft, Infektionen abzuwehren, steigerte seine Aktivität um mehr als zweihundert Prozent im Vergleich zu Pflanzen, die lediglich von Nematoden angegriffen wurden. Ein anderes Enzym, das der Pflanze hilft, feste Barrieren aufzubauen, zeigte einen ähnlichen dramatischen Anstieg. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die frühe Behandlung mit den Bakterien die Pflanzen nicht nur direkt tötete, sondern auch ihr eigenes Immunsystem aktivierte und sie lehrte, sich effektiver zu verteidigen. Auch die Pilze spielten eine Rolle, wobei die Pflanzen, die die Pilze erhielten, eine hohe Besiedlungsrate zeigten, bei der die Pilzfäden erfolgreich an den Wurzeln anhafteten, obwohl die Bakterien allein eine potentere Wirkung bei der Auslösung der spezifischen Enzymreaktion zeigten, die zur höchsten Reduktion der Nematoden führte.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Zeitplanung und die Methode der Anwendung dieser nützlichen Mikroben genauso wichtig sind wie die Mikroben selbst. Die Behandlung von Auberginen-Setzlingen mit den Bakterien in der Anzuchtphase verschafft einen Vorsprung, der einen überlegenen Schutz gegen Wurzelgallennematoden bietet, verglichen mit der Zugabe von Behandlungen zu einem späteren Zeitpunkt oder der Verwendung einer Mischung von Mikroben zum falschen Zeitpunkt. Dieser frühe Schutz scheint dauerhaft zu sein und schirmt die Pflanze auch während ihres Wachstums auf dem Feld weiterhin ab. Die Forscher schlagen vor, dass Landwirte dieses Wissen nutzen könnten, um Nematodenprobleme ohne Rückgriff auf schädliche Chemikalien zu bewältigen. Durch die Behandlung von Auberginen-Setzlingen mit diesen natürlichen Verbündeten in der Anzuchtphase ist es möglich, ein nachhaltiges System zu schaffen, in dem die Pflanzen gesünder sind, die Schädlinge unter Kontrolle gehalten werden und der Boden für zukünftige Kulturen sicher bleibt. Die Arbeit verdeutlicht, dass der beste Schutz manchmal nicht ein schwerhandartiger Angriff ist, sondern eine gut getimte Partnerschaft, die die Pflanze von Beginn ihres Lebens an stärkt.