Effects of Drought Stress on Maize Susceptibility and Response to Fall Armyworm Infestation

In den Anbauregionen Subsahara-Afrikas ist Mais mehr als nur eine Nutzpflanze; er ist das Fundament der Ernährungssicherheit für Millionen von Menschen. Doch diese lebenswichtige Pflanze sieht sich einer doppelten Bedrohung gegenüber, die mit dem Klimawandel immer häufiger auftritt. Auf der einen Seite leidet das Land unter Dürre, einem Mangel an Wasser, der das Wachstum verlangsamt und die Ernten schrumpfen lässt. Auf der anderen Seite zerfrisst ein gieriges Insekt, bekannt als Heerwurm (Fall Armyworm), die Bestände, indem es Blätter verschlingt und in die Maiskolben eindringt. Seit Jahrzehnten wissen Wissenschaftler, dass Pflanzen unter Stress oft attraktiver für Schädlinge werden, oder dass Schädlinge Schwierigkeiten haben könnten, wenn ihre Nahrungsquelle trocken und zäh ist. Doch die Realität darüber, wie diese beiden Kräfte interagieren, wenn sie gleichzeitig auftreten, blieb unklar. Macht eine durstige Pflanze zu einem leichteren Ziel für das hungrige Insekt, oder schützt der Wassermangel die Ernte möglicherweise dadurch, dass die Pflanze weniger nahrhaft wird? Das Verständnis dieser Beziehung ist entscheidend für Landwirte, die wissen müssen, ob ihre Pflanzen eine Saison überleben können, in der Regen knapp und Insekten im Überfluss vorhanden sind.

Um dies zu beantworten, führten Forscher des International Maize and Wheat Improvement Center in Kenia ein kontrolliertes Experiment durch, um zu beobachten, wie sich Mais verhält, wenn er gezwungen ist, gleichzeitig mit Wassermangel und Insektenangriffen fertig zu werden. Sie züchteten eine populäre kommerzielle Maissorte in großen Parzellen und steuerten die Wasserversorgung sorgfältig, um zwei unterschiedliche Umgebungen zu schaffen: Eine Gruppe von Pflanzen erhielt reichlich Wasser, während eine andere Gruppe einem strengen Dürreregime unterzogen wurde, bei dem die Bewässerung wochenlang zurückgehalten wurde. Innerhalb dieser nassen und trockenen Zonen führten die Wissenschaftler den Heerwurm auf verschiedene Arten ein. Einige Parzellen wurden unbehelligt gelassen, um als Basislinie zu dienen; in anderen wurde der Befall durch das Pflanzen von Reihen einer hochgradig anfälligen Maissorte in der Nähe provoziert, damit die Insekten natürlich hineinwandern konnten; und in anderen wurde ein direkter Befall durch das manuelle Platzieren der Larven auf den Pflanzen erzeugt. Dieser Aufbau ermöglichte es dem Team, genau zu vergleichen, wie viel Schaden die Insekten unter feuchten Bedingungen im Vergleich zu trockenen Bedingungen anrichteten und wie sich das Wachstum und die endgültige Ernte der Pflanzen durch die Kombination der Belastungen beeinflussen ließen.

Die Ergebnisse offenbarten eine harte Realität für die Maisernte. Wenn die Pflanzen trocken waren, wurden sie signifikant anfälliger für den Heerwurm. Die Forscher fanden heraus, dass die Insekten den Schaden an den Blättern um etwa sechsundvierzig Prozent und den Schaden an den Maiskolben um fünfzig Prozent stärker verursachten als bei den gut bewässerten Pflanzen unter Dürrestress. Es scheint, dass der Wassermangel die Pflanzen nicht härter oder weniger appetitlich machte; stattdessen schwächte er ihre Fähigkeit, sich selbst zu verteidigen oder sich von der Fraßtätigkeit zu erholen. Die trockenen Pflanzen konnten das von den Insekten gefressene Gewebe einfach nicht so schnell ersetzen wie die gesunden, bewässerten Pflanzen. Dieser Mangel an Resilienz bedeutete, dass der Schaden nicht nur kosmetischer Natur war; er schlug sich direkt in einem Verlust an Nahrung nieder. Die Pflanzen, die sowohl trocken als auch von Heerwürmern befallen waren, lieferten die geringsten Erträge mit weniger als einer Tonne Getreide pro Hektar. Dies war ein drastischer Rückgang im Vergleich zu den gesunden, bewässerten und schädlingsfreien Pflanzen, die mehr als zwei Komma fünf Tonnen pro Hektar produzierten.

Die Studie zeigte auch, dass die Auswirkungen der Insekten vollständig davon abhingen, wie viel Wasser die Pflanzen hatten. Unter idealen Bewässerungsbedingungen reduzierte der Heerwurm-Befall den Kornertrag um etwa zweiunddreißig Prozent. Wenn dieser Befall jedoch die unter Dürrestress stehenden Pflanzen traf, sprang der Ertragsverlust auf dreiundvierzig Prozent. Die Kombination der beiden Belastungen war weitaus schlimmer als die Summe ihrer Einzelteile. Die Pflanzen, die trocken waren und dann von Insekten angegriffen wurden, wuchsen viel kleiner und produzierten kleinere Maiskolben als jene, die nur trocken oder nur angegriffen waren. Tatsächlich wurden die kürzesten Pflanzen und die kleinsten Kolben in den Parzellen gefunden, in denen Dürre und der künstliche Insektenangriff gemeinsam auftraten. Die Forscher stellten zudem fest, dass die Insekten besonders dann mehr Ährenfäule verursachten – eine Pilzkrankheit, die das Korn verdirbt –, wenn die Pflanzen gut bewässert waren, was darauf hindeutet, dass die durch die Insekten geschaffenen Eintrittswunden in der feuchten Umgebung leichter einem Pilzbefall ausgesetzt waren.

Letztlich zeigt diese Arbeit, dass Dürre den Mais nicht vor dem Heerwurm schützt; sie macht die Situation viel schlimmer. Der Stress durch Wassermangel lässt die Pflanze zu schwach werden, um gegen die Insekten zu kämpfen oder sich von den Schäden zu erholen. Für Landwirte und Züchter bedeutet dies, dass die Suche nach Maissorten, die resistent gegen Insekten sind, nicht ausreicht, wenn dieselben Sorten nicht auch mit Trockenperioden zurechtkommen können. Um die Ernährungssicherheit in einem sich verändernden Klima zu gewährleisten, müssen neue Nutzpflanzen entwickelt werden, die gleichzeitig sowohl dem Durst des Bodens als auch dem Hunger des Schädlings standhalten können. Die Ergebnisse legen nahe, dass das Testen von Nutzpflanzen unter diesen kombinierten Belastungen essenziell ist, um jene Sorten zu finden, die weiterhin Nahrung produzieren können, wenn das Wetter gegen sie steht.