Pflanzen stärken mit Mikroben statt Pestiziden

Das Mikrobiom spielt eine zentrale Rolle für Leben und Gesundheit. Es bezeichnet die Gesamtheit aller Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze und Viren, die einen Organismus besiedeln. Diese Mikroorganismen erfüllen vielfältige Funktionen, etwa die Stärkung des Immunsystems oder die Unterstützung des Stoffwechsels. Ihre Zusammensetzung ist individuell und variiert von Mensch zu Mensch. 

Auch Pflanzen verfügen über diesen natürlichen Schutzmechanismus. Doch durch Hitze, Trockenheit und Extremwetterereignisse, die der Klimawandel verursacht, werden sie zunehmend geschwächt. Zudem begünstigt die Erderwärmung die Ausbreitung von Insekten aus südlichen Regionen nach Europa, die neue Krankheitserreger übertragen. Das wirkt sich negativ auf landwirtschaftliche Erträge aus. 

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Nachhaltige Alternative

Zur Bekämpfung von Schädlingen und Krankheitserregern werden vorrangig chemische Pestizide und Dünger eingesetzt. Kurzfristig sichern sie Erträge zwar, langfristig schädigen sie aber jene biologischen Prozesse, die stabile Erträge erst möglich machen. Zudem beeinträchtigen sie den Boden. Gemäß des Green Deals der Europäischen Union soll deren Einsatz sowie der Nährstoffverlust im Boden bis 2030 um 50 Prozent reduziert werden. 25 Prozent der globalen Landwirtschaft sollen zudem ökologisch bewirtschaftet werden.

Eine vielversprechende, nachhaltige Alternative zu schädlichen Pestiziden und Düngemitteln bieten mikrobielle Lösungen. Das AIT Austrian Institute of Technology forscht an Anwendungen, die auf den komplexen Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und ihrem Mikrobiom basieren. Ziel ist es, sie resistenter gegen Stress, Schädlinge und Krankheiten zu machen sowie ihre Nährstoffaufnahme zu optimieren.

Kombinierter Ansatz 

„Mikroorganismen können entweder direkt gegen Pathogene oder deren Überträger wirken, oder Pflanzen allgemein stärken und widerstandsfähiger machen – etwa so, als würden wir Probiotika einnehmen“, sagt Tanja Kostic, Leiterin des Kompetenzbereichs Bioressourcen am AIT, der futurezone. Am effektivsten sei allerdings ein kombinierter Ansatz: einerseits zur Stärkung der Pflanzen und andererseits zur gezielten Bekämpfung von Schädlingen bei Bedarf.

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Mikrobielle Anwendungen hätten im Vergleich zu chemischen unter anderem ein geringeres Risiko für Resistenzbildungen – optimierte Biodünger und Biostimulanzien könnten außerdem dazu beitragen, den Einsatz mineralischer Düngemittel deutlich zu reduzieren. „Dadurch wird nicht nur ressourcenschonender gewirtschaftet, sondern in vielen Fällen auch kosteneffizienter produziert. Zudem kann die Abhängigkeit einzelner Länder von Importen wichtiger Rohstoffe wie Phosphor oder Kalium verringert werden“, so Kostic.

Vorhersagemodelle

Mikrobiologische Lösungen sind aber auch äußerst komplex. „Die Forschung bewegt sich zunehmend in Richtung Kombinationen mehrerer Mikroorganismen, da zahlreiche Faktoren berücksichtigt werden müssen: Umwelt- und Wetterbedingungen spielen ebenso eine Rolle wie die Interaktion mit bereits vorhandenen Mikroorganismen im Boden“, betont die Wissenschafterin. Zwar gebe es bereits robuste und wirksame Produkte, diese seien jedoch häufig pflanzen- oder klimaspezifisch und zeigen unter anderen Bedingungen nur eine begrenzte Wirkung. Was also etwa für Mais gut funktioniert, könnte für Raps hingegen wenig wirksam sein. „In der Mikrobiologie wird es daher keine universelle ,All-in-one’-Lösung geben. Vielmehr braucht es ein tieferes Verständnis der jeweiligen Systeme“, ergänzt sie.

Aus diesem Grund werden Vorhersagemodelle künftig eine wichtige Rolle spielen: Für einen bestimmten Feldtyp mit einer konkreten mikrobiellen Zusammensetzung, einer bestimmten Kulturpflanze und bekannten klimatischen Bedingungen soll jeweils die optimale Lösung gefunden werden. „Da mit lebenden Organismen gearbeitet wird, braucht es viel präzise Anpassung, bis eine stabile und robuste Wirkung erreicht wird“, so Kostic. 

Regulatorische Hürden

Eine Herausforderung seien aber auch regulatorische Hürden. Die Zulassung neuer Lösungen dauert oft 5 bis 7 Jahre. „Solch lange Wartezeiten können sich meist nur größere Unternehmen leisten“, sagt die Forscherin. Für Start-ups sei das hingegen kaum möglich.

In den vergangenen Jahren hat das AIT spezifische mikrobielle Stämme identifiziert, die sich für die Landwirtschaft eignen. Einige davon wurden bereits an internationale Unternehmen lizenziert – darunter das Biostimulans „Biotrinsic W10“ der Indigo AG und das Biopestizid „KLA5-2“ von RovensaNext, das noch getestet wird. W10 wird aktuell für Mais verwendet, fördert das Pflanzenwachstum durch verbesserte Trockenheitstoleranz und effizientere Nährstoffnutzung. Der Stamm wurde aus stressresistenten Pflanzen gewonnen. KLA5-2 wurde aus Sommerweizensamen isoliert, bekämpft eine Vielzahl von Pilzkrankheiten, steigert die Biomasse und reduziert Krankheitssymptome. 

Dennoch steckt die Forschung noch in einer frühen Phase: „Die große Herausforderung bleibt die enorme Komplexität dieser Systeme“, so Kostic. 

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