Phytopathologie
Lehre der Pflanzenkrankheiten
From Wikipedia, the free encyclopedia
Die Phytopathologie oder Pflanzenpathologie (englisch plant pathology, phytopathology) ist die Wissenschaft von den Krankheiten und Beschädigungen der Pflanzen. Sie erforscht die Ursachen, den Verlauf und die Symptome von Pflanzenkrankheiten. Dieses Wissen bildet die Grundlage für den Pflanzenschutz. Der Begriff setzt sich aus den altgriechischen Wörtern phyton („Pflanze“), pathos („Leiden“ oder „Krankheit“) und logos („Lehre“) zusammen.
Als Pflanzenkrankheit gilt jede Schädigung einer Pflanze, die typische Symptome zeigt und durch abiotische oder biotische Faktoren verursacht wird. Abiotische Auslöser sind beispielsweise Nährstoffmängel. Biotische Auslöser werden Pathogene genannt und umfassen vor allem Mikroorganismen (wie Pilze, Bakterien und einige Protozoen) sowie Viren und Viroide. Auch Parasitosen zählen zu den Pflanzenkrankheiten. Nicht dazu gerechnet werden hingegen Fraßschäden durch Herbivoren oder die Konkurrenz durch andere Pflanzen, etwa Allelopathie.[1.1]
Da pflanzliche Nahrungsmittel den Großteil der menschlichen Kalorienabdeckung stellen, besitzt das Verständnis von Pflanzenkrankheit eine große Bedeutung für die Ernährungssicherheit der Weltbevölkerung.
Grundbegriffe
Schätzungen zufolge stehen jeder Pflanzenart bis zu 100 potenzielle Pathogene gegenüber. Dennoch ist jede Spezies gegen die große Mehrheit dieser Erreger geschützt, da ein Pathogen meist nur ein enges Wirtsspektrum erfolgreich infizieren kann. Kommt es zu einer Infektion, gilt die Pflanze als anfällig (suszeptibel) und der Erreger als virulent (Wirt und Pathogen sind kompatibel). Unterbleibt die Erkrankung, ist die Wirtspflanze resistent und das Pathogen avirulent (inkompatible Interaktion).[1.1]
Krankheitsursachen
Abiotische Faktoren
Insbesondere eine ungünstige chemische Zusammensetzung des Bodens sowie ein Mangel an Makro- und Mikronährstoffen können sogenannte Mangelkrankheiten hervorrufen. Sie treten meist nester- oder flächenweise auf und äußern sich in Kümmerwuchs sowie Verfärbungen. Charakteristisch für diese Störungen ist ihre Reversibilität: Sobald der auslösende Mangel behoben wird, klingen die Symptome ab. Da keine Krankheitserreger beteiligt sind, ist eine Übertragung auf gesunde Pflanzen ausgeschlossen. Obwohl sich die Schadbilder je nach Pflanzenart unterscheiden, weisen die einzelnen Nährstoffmängel dennoch typische Kernmerkmale auf:[2.1]
| Mangel an | Symptome |
|---|---|
| Stickstoff | hellgrüne Färbung, vergilbende Blätter, schwacher Wuchs, Notreife |
| Kalium | Turgorverlust, Blattrandverbräunung |
| Phosphor | schwacher Wuchs, Blätter blaugrün, mitunter rötlich |
| Magnesium | Marmorierung der Blätter, gefolgt von Nekrosen |
| Kalzium | junge Blätter oft hakenförmig gekrümmt, Randchlorose, Absterben der Meristeme |
| Eisen | Chlorose |
| Bor | Basis junger Blätter wird chlorotisch und sterben später unter Schwarzfärbung ab (Herzfäule bei Futter- und Zuckerrüben) |
| Molybdän | Missbildungen an jungen Blättern, diffuse Flecken, später Gelbfleckigkeit |
| Kupfer | Chlorophylldefekte, Blattnekrosen, bei Getreide weiße, vertrocknende Blattspitzen und -ränder (Urbarmachungskrankheit / Heidemoorkrankheit) |
| Mangan | helle Laubfärbung, chlorotische, später nekrotische Flecken auf den Feldern zwischen den Blattadern (Dörrfleckenkrankheit des Hafers) |
Pathogene
Pilze
Die größte Gruppe der Pathogene bilden die Pilze, zu denen sowohl obligate als auch fakultative Parasiten gehören. Obligate Parasiten sind auf lebendes Gewebe angewiesen und wachsen nicht auf künstlichen Nährböden; sie werden daher auch als biotroph bezeichnet. Die Infektion erfolgt über Sporen, die auf der Pflanzenoberfläche keimen. Je nach Pilzart dringt das Mycel über natürliche Öffnungen (Stomata, Lentizellen, Hydathoden), über Wunden oder direkt durch die Cuticula ein. Bei der direkten Penetration lösen pilzliche Enzyme wie Kutinasen und Zellulasen die Oberflächenstrukturen auf, woraufhin der Pilz mit Haustorien einwächst. Im Gegensatz dazu töten nekrotrophe Pilze (Saprophyten) das Wirtsgewebe beim Einwachsen gezielt ab, um die Nährstoffe aus den abgestorbenen Zellen aufzunehmen.[1.2] Insbesondere Rost- und Brandpilze verursachen häufige Pflanzenkrankheiten.
Bakterien
Die meisten phytopathogenen Bakterien leben als fakultative Parasiten. Je nach Spezies dringen sie über Wunden, Stomata, Hydathoden oder Nektardrüsen in die Pflanze ein. Die bedeutendsten pflanzenpathogenen Bakterien gehören zu den gramnegativen Gattungen Agrobacterium, Erwinia, Pseudomonas und Xanthomonas; hierbei handelt es sich um stäbchenförmige, bewegliche Organismen. Grampositive Pathogene finden sich bei den Gattungen Clavibacter und Streptomyces. Mit Agrobacterium tumefaciens, dem Erreger der Wurzelhalsgallentumoren, steht ein hervorragend erforschter Modellorganismus zur Verfügung, der routinemäßig zur Übertragung genetischer Information in Pflanzen genutzt wird (Transfer durch Agrobacterium tumefaciens).[1.3]
Viren
Die meisten Pflanzenviren besitzen ein Genom aus einzelsträngiger RNA (z. B. das Tabakmosaikvirus). Seltener liegt die Nukleinsäure als doppelsträngige RNA (etwa 40 Arten), einzelsträngige DNA (etwa 50 Arten) oder doppelsträngige DNA vor (etwa 30 Arten, z. B. das Blumenkohlmosaikvirus). Der Infektionsweg verläuft typischerweise über Verwundungen – meist verursacht durch saugende Insekten, die als Vektoren dienen – oder über infizierten Pollen während der Befruchtung. In benachbarte, gesunde Zellen gelangen die Viren über Plasmodesmen. Dabei wandert ausschließlich die virale Nukleinsäure von Zelle zu Zelle, unterstützt durch virale Movement-Proteine. Die Viren nutzen hierbei den körpereigenen Mechanismus der Pflanze zum Transport von Proteinen und mRNA. Auf diese Weise breitet sich das Virus täglich um etwa 8 bis 10 Zellen (ca. 1 mm) aus. Erreichen die Viren schließlich das Phloem, beschleunigt sich die Ausbreitung drastisch: Innerhalb von drei bis vier Wochen ist die gesamte Pflanze systematisch infiziert.[1.3]
Viroide
Alle bekannten Viroide sind phytopathogen. Es handelt sich um sehr kleine, ringförmige RNA-Moleküle, deren Vermehrung wahrscheinlich über RNA-RNA-Replikation verläuft und die von infizierten auf gesunde Pflanzen vermutlich durch den Menschen im Zuge landwirtschaftlicher Verrichtungen (etwa der Stecklingsvermehrung) übergehen. Der Mechanismus der Viroiderkrankungen ist weitestgehend unbekannt. Es wird angenommen, dass Viroide bestimmte pflanzliche Enzyme (z. B. Proteinkinasen) aktivieren, wodurch die Proteinbiosynthese gestört wird. Auch eine Störung der mRNA-Ribosomen-Wechselwirkung wird vermutet.[1.3] Der Potato Spindle Tuber Viroid (PSTVd) besteht aus nur 359 Ribonukleotiden und verursacht die Spindelknollensucht der Kartoffelpflanze.
Pathogenabwehr
Pflanzen schützen sich gegen mikrobielle Schadorganismen sowohl durch vorgebildete (präformierte) als auch durch induzierbare Abwehrmechanismen. Zu den präformierten Barrieren zählen strukturelle Merkmale wie die Cuticula und verholzte Zellwände sowie toxische Substanzen (z. B. Saponine, Phenole und Chinone) in Zellwänden und Vakuolen. Darüber hinaus können Pflanzen bei Kontakt mit Erregern gezielt induzierbare Abwehrreaktionen aktivieren, die sich ebenfalls in strukturelle und chemische Komponenten unterteilen lassen.[1.4]
Bedeutung von Pflanzenkrankheiten
Ernteausfälle
Erkrankungen von Nutzpflanzen stellen die Nahrungsproduzenten in Landwirtschaft und Gartenbau alljährlich vor neue Herausforderungen im Pflanzenschutz. Bei der Nahrungsproduktion bedeuten Pflanzenkrankheiten Verluste durch Qualitätsminderung und Ertragsreduzierung oder sogar vollständiger Ernteausfall. Selbst Krankheitserreger, die auf dem Erntegut haften, können durch ihre Stoffwechselaktivität Toxine erzeugen, die eine Freigabe für den menschlichen Verzehr verhindern.
Der Pilz Phytophthora infestans, der Erreger der Kraut- und Knollenfäule, verursachte im 19. Jahrhundert die Große Hungersnot in Irland. Als Folge mehrerer Missernten bei Kartoffeln nahm die Bevölkerung Irlands in den Jahren 1845 bis 1850 um etwa 2 Millionen ab. Davon sind schätzungsweise 1 Million verhungert und 1 Million infolge der Hungersnot ausgewandert. Auf dieselbe Krankheit geht der Steckrübenwinter während des 1. Weltkrieges (1916/17) in Deutschland zurück. Der Kaffeerost (Hemileia vastatrix) hat im 19. Jahrhundert die Wirtschaft Sri Lankas (damals Ceylon) grundlegend verändert. Bis zum Ausbruch der Pilzkrankheit im Jahr 1869 zählte das Land zu den weltweit führenden Kaffeeproduzenten. Innerhalb weniger Jahre brachte der Erreger den Anbau jedoch vollständig zum Erliegen. Die Plantagen wurden daraufhin großflächig auf Tee umgestellt – wodurch Sri Lanka heute zu den bedeutendsten Tee-Exporteuren der Welt gehört.[2.2]
Trotz Fortschritte in der Phytopathologie und im Pflanzenschutz treten immer wieder schwere Epidemien auf. Die Helminthosporiose-Epidemie von 1970–71 in den USA (Southern Corn Leaf Blight oder SCLB) gilt als eine der verheerendsten Pflanzenkrankheiten der modernen Agrargeschichte und wurde durch den Pilz Bipolar maydis (Synonym Helminthosporium maydis) verursacht. Sie vernichtete rund 15 % der gesamten US-Maisernte, was einem damaligen wirtschaftlichen Verlust von etwa 1 Milliarde US-Dollar entsprach (kaufkraftbereinigt heute etwa 6 bis 8 Milliarden Dollar). In manchen Gebieten betrug der Ernteausfall 80 bis 100 %.[3]
Gezielte Nutzung
Während in Europa und den USA der Befall mit Maisbeulenbrand (Ustilago maydis) zu Ernteausfällen führt, sind in Mexiko die unreifen Gallen des Pilzes ein beliebtes Nahrungsmittel (Huitlacoche). Der Pilz wird dort gezielt gefördert und Maispflanzen werden mit infektiösem Material geimpft.[4] Der nahe verwandte Brandpilz Ustilago esculenta verursacht beim Breitblättrigen Wasserreis (Zizania latifolia) fleischig verdickte untere Stängelglieder. Die essbaren Gallen werden als Gemüse verzehrt (Jiaobai in China, kambong in Indien und makomotake in Japan). Die Infektion wird in Ostasien seit mehr als 1500 Jahren kontinuierlich über vegetative Vermehrung kultiviert.[5]
Kulturhistorische Bedeutung
Pflanzenkrankheiten haben in der Kulturgeschichte der Menschheit in vielfältiger Weise ihre Spuren hinterlassen. Um den Getreideschwarzrost (robigo) von Korn fernzuhalten, wurde im alten Rom zu Ehren des Gottes Robigus am 25. April das Fest der Robigalien gefeiert. Kulturhistorisch von besonderem Interesse ist der Purpurbraune Mutterkornpilz (Claviceps purpurea), der insbesondere an Roggen vorkommt. Im Mittelalter verursachte er ausgedehnte Massenvergiftungen (Ergotismus). Zur Pflege der Erkrankten wurde im Jahre 1095 der Antoniter-Orden gegründet.[2.2]
Bekämpfung
Durch wissenschaftliche Erkenntnisse über die Erreger und ihre Lebenszyklen wurden wirksame Verfahren zur systematischen Vorbeugung (Prophylaxe) und kurativen Bekämpfung der Krankheiten erarbeitet. Neben den in den Industriestaaten verbreiteten biologischen und chemischen Fungiziden sind zur Krankheitsabwehr auch traditionelle Verfahren wie weite Fruchtfolgen, Verwendung krankheitsresistenter Saatgutsorten sowie ökologische Landwirtschaft von Bedeutung. Da sich viele Sorten der Kulturpflanzen in ihrer Anfälligkeit gegenüber Krankheitserregern und Schädlingen wesentlich unterscheiden, hat die Resistenzzüchtung hier eine große Bedeutung.
Häufige Pflanzenkrankheiten (Auswahl)
- Echter Mehltau
- Falscher Mehltau
- Feuerbrand der Kernobstgehölze (ein Bakterium)
- Kraut- und Knollenfäule der Kartoffel
- Mutterkornpilz
- Scharka-Krankheit
- Schrotschusskrankheit
- Tabakblauschimmel
- Ulmensterben
Literatur
- Heinz Butin: Krankheiten der Wald- und Parkbäume. Leitfaden zum Bestimmen von Baumkrankheiten. Georg Thieme Verlag, Stuttgart und New York 1983, ISBN 3-13-639001-6.
- Eckart Schlösser: Allgemeine Phytopathologie. 2. neubearbeitete Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1997, ISBN 3-13-647502-X.
- Hoffmann/Schmutterer: Parasitäre Krankheiten und Schädlinge an landwirtschaftlichen Nutzpflanzen. 2. erweiterte und ergänzte Auflage. Verlag Eugen Ulmer Stuttgart, 1999, ISBN 3-8001-3207-9.
- R. Kenneth Horst: Westcott’s Plant Disease Handbook. Springer, 8th edition, Dordrecht 2013, ISBN 978-94-007-2140-1 (Print); ISBN 978-94-007-2141-8 (E-Book)
- Roger Hull: Plant Virology. Academic Press, 5th edition 2014, ISBN 978-0-12-384871-0 (Print); ISBN 978-0-12-384872-7 (E-Book)
