Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Blattduftstoffe vermitteln biologischen Pflanzenschutz und steigern pflanzliche Fitness

16.10.2012
Studie in neuer Fachzeitschrift eLife zeigt erstmals, dass natürliche Schädlingsbekämpfung durch Raubinsekten die Fitness von Pflanzen steigern kann.

Um die Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung zu sichern, ist eine Modernisierung der Landwirtschaft nötig, die sich neuer Erkenntnisse aus der Pflanzenökologie bedient.


Eine Raubwanze wird durch grüne Blattduftstoffe angelockt und vertilgt daraufhin ein Tabakschwärmer-Ei. Die Pflanze hat sich so indirekt ihres Fraßfeindes entledigt.

Merit Motion Pictures, Winnipeg, Manitoba, Canada

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie konnten anhand von Freilandstudien an wildem Tabak nachweisen, dass dessen indirekte Abwehr von Fraßfeinden, hervorgerufen durch Abgabe von Duftstoffen zur Anloc kung von Raubinsekten, die Anzahl der Schädlinge reduziert und gleichzeitig die Blütenbildung steigern kann. Biologische Schädlingsbekämpfung kann also dank natürlicher Abwehrmechanismen von Pflanzen die landwirtschaftlichen Erträge nachweislich verbessern. Die Ergebnisse erschienen am 15. Oktober 2012 in der ersten Ausgabe der neuen, für jedermann zugänglichen (Open Access) Fachzeitschrift eLife.

Abwehr von Schädlingen ist nicht automatisch an Ertragssteigerungen gekoppelt

Fast alle bislang untersuchten Pflanzenarten senden nach Schädlingsbefall spezifische Geruchsstoffe in ihre Umgebung aus, um sich indirekt gegen einen attackierenden Fraßfeind zu wehren. Bis zu 90 Prozent kann eine Pflanze den durch ihren Fraßfeind hervorgerufenen Schaden reduzieren, sobald ihr Duftstoff-Signal den Feind ihres Feindes angelockt hat. Klassische Beispiele sind das Anlocken von Schlupfwespen oder Raubwanzen bei Mottenraupenbefall auf Blättern oder unterirdisch der „Hilferuf“ von Maiswurzeln an raupenfressende Nematoden, sobald die Larve des Maiswurzelbohrers Maiswurzeln befällt. Wirkt sich aber die Abwehrreaktion einer Pflanze positiv auf ihre Entwicklung, ihr vegetatives und vor allem generatives, also blüten- und samenbildendes Wachstum aus? Denn Abwehrmaßnahmen wie die Aussendung von Duftstoffen oder auch die Produktion verdauungshemmender Eiweiße, die die Blattnahrung von Raupen schwer verdaubar machen, kosten Energie und Ressourcen - die am Ende bei der Samenreife fehlen können. Am Ende einer erfolgreichen Abwehr kann sich eine Pflanze zwar gerettet haben, aber in welchem Zustand ist sie verblieben? Natürliche Abwehr oder anders gesagt: biologischer Pflanzenschutz ist aber für die Landwirtschaft nur dann von besonderem Interesse, wenn der erwartete Ernteertrag mindestens gesichert, besser aber noch gesteigert werden kann.

Wilder Tabak lockt mit grünen Blattduftstoffen Wanzen der Gattung Geocoris an, die dann junge, blattfressende Raupen insbesondere der Gattung Manduca attackieren. Solche grünen Blattduftstoffe, beispielsweise (E)-2-Hexenal und verwandte Verbindungen, werden vermehrt abgegeben, sobald geschlüpfte Manduca-Raupen an den Blättern zu fressen beginnen. Protease-Hemmer wiederum werden in Pflanzenblättern gebildet, die, sobald sie die Raupe mit ihrer Blattnahrung aufgenommen hat, den Verdau von Blatteiweißen stören und die Nahrung mithin minderwertig machen, was zur Schwächung der Raupen führt.

Die Zahl junger Raupen und Motteneier ist bei Tabakpflanzen im Vergleich zu transgenen Versuchspflanzen, die grüne Blattduftstoffe oder Protease-Hemmer nicht mehr oder nur noch begrenzt produzieren können, wie erwartet deutlich reduziert. Aber wie sieht es mit dem Ertrag der Wildtyp-, also verteidigungsbereiten Pflanzen aus im Vergleich zu den transgenen, nicht mehr abwehrbereiten Versuchspflanzen?

Meredith Schuman, Kathleen Barthel und Ian Baldwin haben nun erstmals einen direkten Zusammenhang zwischen grünen Duftstoffen, der damit verbundenen Abwehr von Manduca-Raupen und einer Zunahme der Blütenbildung signifikant nachgewiesen. Dagegen steigert die Bildung von Protease-Hemmern die Blütenanzahl nicht. Die Forscher vermuten jedoch, dass die von den Raupen mit der Blattnahrung aufgenommenen Verdauungshemmer zur Unterernährung führen und die Tiere so ihren Parasiten oder Raubtieren wenig Widerstand entgegensetzen können. Dies wiederum könnte einen indirekten, aber positiven Effekt auf die Blütenbildung haben. Um dies zu testen, haben die Wissenschaftler ein besonderes Experiment durchgeführt: Sie ließen Raupen an einer Wildtyp und einer Protease-Hemmer defizienten Pflanze zwei Tage lang fressen und imitierten danach den Angriff einer Raubwanze mithilfe von Nadeln und Pinzetten. Die Raupen, die auf den Wildtyp-Pflanzen Protease-Hemmer zu sich genommen hatten, reagierten sehr geschwächt und passiv, während die Protease-Hemmer-freien Tiere sich deutlich und aktiv gegen den „menschlichen“ Angriff zur Wehr setzten.
(Siehe Kurzfilme auf http://www.ice.mpg.de/ext/735.html)

Verminderung von Pestizideinsatz?

In der biologisch-organischen Landwirtschaft wird als Alternative zu Insektiziden biologische Schädlingsbekämpfung betrieben, beispielsweise Schlupfwespenarten gegen die Raupen des gefährlichen Maiszünslers. „Angesichts immer wieder auftretender Resistenzen von Schädlingen gegen Pflanzenschutzmittel ist die Erforschung und Anwendung biologisch-natürlicher Schädlingsbekämpfung besonders wichtig“, sagt Ian Baldwin vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena.

Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden in der ersten Ausgabe der neuen internationalen Fachzeitschrift eLife publiziert, die mit Unterstützung des Howard Hughes Medical Institute, des Wellcome Trust und der Max-Planck-Gesellschaft ins Leben gerufen wurde. eLife stellt eine neue Form wissenschaftlichen Publizierens dar, es werden fundamental neue Erkenntnisse aus der Biomedizin und den Lebenswissenschaften veröffentlicht. Dazu gehört ein freier, kostenloser und unmittelbarer Zugang zu wissenschaftlichen Artikeln, Qualitätssicherung durch ein unabhängiges Team von praktizierenden Wissenschaftlern, sowie ein schneller, innovativer Veröffentlichungsprozess – kurz: ein Journal für Wissenschaftler, von Wissenschaftlern gemacht. Eine Vorabauswahl der eingereichten Manuskripte erfolgt durch Fachredakteure der Zeitschrift, bei positiver Bewertung werden die Artikel durch einen der 175 Fachkollegen von eLife zur Begutachtung an unabhängige Experten weitergeleitet. Fachkollege und Gutachter beraten sich, sobald Gutachterkommentare eingereicht wurden, und stellen den Autoren fundierte und übersichtlich angeordnete Anmerkungen zur Verfügung. Unnötige und zeitraubende Wiederholungen bei Durchsicht und Korrektur werden somit vermieden. In der Anfangsphase werden keine Bearbeitungsgebühren für die Veröffentlichung in eLife erhoben. [JWK]

Originalveröffentlichung:
Meredith C. Schuman, Kathleen Barthel, Ian T. Baldwin (2012). Herbivory-induced volatiles function as defenses increasing fitness of the native plant Nicotiana attenuata in nature. eLife, doi: 10.7554/elife.00007
dx.doi.org/10.7554/elife.00007

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Ian T. Baldwin, baldwin@ice.mpg.de, +49(0)3641-57 1100
http://www.elifesciences.org/

Bildmaterial:
Angela Overmeyer M.A., +49 3641 57-2110, overmeyer@ice.mpg.de oder via http://www.ice.mpg.de/ext/735.html

Dr. Jan-Wolfhard Kellmann | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.elifesciences.org
http://www.ice.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht Klimawandel: ungeahnte Rolle der Bodenerosion
11.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Europaweite Studie zu „Smart Engineering“
30.03.2017 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Studien Analysen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Kaltwasserkorallen: Versauerung schadet, Wärme hilft

27.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

IAB-Arbeitsmarktbarometer: Arbeitsmarkt bleibt im Aufwind

27.04.2017 | Wirtschaft Finanzen

Wurmmittel für Weidetiere können die Keimung von Pflanzensamen beeinflussen

27.04.2017 | Agrar- Forstwissenschaften