Nanopartikelbehandlungen sind vielversprechend gegen tödliche Rebstockkrankheiten

Ein internationales Forscherteam hat vielversprechende Ergebnisse im Kampf gegen die Stammkrankheiten der Rebe, eine Gruppe von Pilzinfektionen, die die Weinberge weltweit bedrohen, vorgelegt. An der Studie, die im August in der Fachzeitschrift Pest Management Science veröffentlicht wurde, waren Wissenschaftler aus mehreren europäischen Einrichtungen beteiligt, darunter die BIOTIVIS-Gruppe am Institut für Reben- und Weinwissenschaften (ICVV) in Spanien. Über zwei Vegetationsperioden hinweg testeten die Forscher Silber-Selen-Nanopartikel (AgSe NPs) und vier chemische Verbindungen an Rebstöcken, die mit drei wichtigen Krankheitserregern infiziert waren: Diaporthe eres, Diplodia seriata und Eutypa lata.

Die Versuche fanden in einem Netzhaus der Mendel-Universität in Brünn (Tschechische Republik) mit Sauvignon Blanc-Reben statt, die für ihre Anfälligkeit für Stammkrankheiten bekannt sind. Das Team wählte AgSe NPs und vier Chemikalien - Natriumarsenit, 8-Hydroxychinolin, Silbernitrat und einen Silberthiosulfat-Komplex - auf der Grundlage früherer Labortests aus, die eine starke antimykotische Aktivität gezeigt hatten. Jede Behandlung wurde direkt auf Wunden an den Weinstämmen aufgetragen, die dann mit einem der Zielpilze beimpft wurden. Die Forscher überwachten das Pflanzenwachstum, die innere Holznekrose und die Fähigkeit, die Krankheitserreger aus den behandelten Pflanzen wieder zu isolieren. Außerdem analysierten sie die Veränderungen in der Expression von Abwehrgenen der Rebe.

Die Ergebnisse zeigten, dass alle Behandlungen das Fortschreiten der Krankheit im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen verringerten. Silber-Selen-Nanopartikel waren besonders wirksam gegen D. eres und E. lata und erreichten Hemmungsraten zwischen 55 % und 87 %. Die Nanopartikel verursachten bei den verwendeten Konzentrationen keine sichtbaren phytotoxischen Wirkungen. Unter den chemischen Behandlungen zeigten 8-Hydroxychinolin und Silbernitrat ebenfalls hohe Hemmwerte gegen einige Krankheitserreger. Natriumarsenit, eine Verbindung, die früher in vielen Ländern aufgrund von Bedenken hinsichtlich ihrer Toxizität verboten war, zeigte starke antimykotische Wirkungen, wird aber wahrscheinlich nicht wieder in großem Umfang eingesetzt.

Die Studie ergab, dass die behandelten Reben im Allgemeinen weniger innere Nekrosen und eine bessere Wurzelentwicklung aufwiesen als die unbehandelten Kontrollpflanzen. In einigen Fällen wuchsen die behandelten Pflanzen höher oder entwickelten längere Wurzeln als diejenigen, die nur Wasser und einer Pilzinfektion ausgesetzt waren. Die erneute Isolierung des Erregers bestätigte, dass sich die Infektionen in den meisten Fällen erfolgreich etabliert hatten, was eine zuverlässige Bewertung der Wirksamkeit der Behandlung ermöglichte.

Die Analyse der Genexpression zeigte, dass verschiedene Behandlungen unterschiedliche Reaktionen in den Abwehrmechanismen der Rebe auslösten. So wurde beispielsweise bei einigen Wirkstoffen NPR1, ein Gen, das an der erworbenen systemischen Resistenz beteiligt ist, herunterreguliert, während andere Gene im Zusammenhang mit der Chitinase-Produktion oder der Stilben-Synthese betroffen waren - beides wichtige Faktoren für die Pflanzenabwehr gegen Pilze. Die Reaktion variierte sowohl in Abhängigkeit von der Behandlung als auch von dem jeweiligen Erreger.

Stammkrankheiten der Weinrebe sind für Weinproduzenten auf der ganzen Welt ein großes Problem. Diese Krankheiten werden durch einen Komplex von Pilzen verursacht, die in holziges Gewebe eindringen und zu Krebsgeschwüren, Absterben und schließlich zum Absterben der Reben führen. Die Bekämpfungsmöglichkeiten sind begrenzt, da kurative Behandlungen weitgehend unwirksam sind, sobald sich die Infektion etabliert hat. Viele herkömmliche Fungizide sind aufgrund von Umwelt- und Gesundheitsbedenken eingeschränkt oder verboten.

Die Verwendung von Nanopartikeln stellt einen neuen Ansatz für den Pflanzenschutz dar. Nanomaterialien wie AgSe NPs haben einzigartige Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen, mit Krankheitserregern in sehr kleinem Maßstab zu interagieren und gleichzeitig den Einsatz von Chemikalien in der Landwirtschaft insgesamt zu reduzieren. In dieser Studie zeigten die AgSe-NP eine starke antimykotische Wirkung, ohne die Reben in den getesteten Dosen zu schädigen.

Das Forscherteam weist darauf hin, dass diese Ergebnisse zwar ermutigend sind, aber weitere Studien erforderlich sind, bevor Behandlungen auf der Grundlage von Nanopartikeln in großem Umfang in kommerziellen Weinbergen eingesetzt werden können. Feldversuche unter realen Bedingungen werden notwendig sein, um die Wirksamkeit und Sicherheit über mehrere Jahreszeiten und bei verschiedenen Rebsorten zu bestätigen. Bei den behördlichen Genehmigungsverfahren müssen auch Fragen zu den Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit geklärt werden.

Diese Arbeit unterstreicht die laufenden Bemühungen von Wissenschaftlern, nachhaltige Alternativen zu herkömmlichen Pestiziden im Weinbau zu finden. Da die Beschränkungen für den Einsatz von Chemikalien in Europa und anderen Weinbauregionen immer strenger werden, suchen die Winzer nach neuen Mitteln, um ihre Kulturen vor verheerenden Stammkrankheiten zu schützen. Die Nanotechnologie könnte ein solches Mittel sein, wenn die künftige Forschung ihre Wirksamkeit und Sicherheit weiter unterstützt.

Die Studie wurde von Forschern der Mendel-Universität in Brünn geleitet, unter Mitwirkung des spanischen Wissenschaftlers David Gramaje vom ICVV. Sie fügt sich in eine wachsende Zahl von Belegen ein, die darauf hindeuten, dass zielgerichtete Nanomaterialien eine Rolle in integrierten Krankheitsbekämpfungsstrategien für Weinberge spielen könnten, die einer anhaltenden Bedrohung durch Pilze ausgesetzt sind.