ProBioControl:

Forschungsmotivation und Problemstellung

Die konventionelle Landwirtschaft in Deutschland ist für nahezu die gesamte Belastung der Umwelt mit chemischen Pflanzenschutzmitteln verantwortlich. Mit ca. neun kg/ha/Jahr führt die Nutzung dieser PSM zu einem Verlust an Biodiversität, der Vernichtung von Lebensräumen und der Manifestation von Pestiziden in Nahrungsketten. Zusätzlich verursacht die Landwirtschaft 7,5% der deutschen Treibhausgas-Emissionen und ist damit ein Treiber des Klimawandels.

Die Rate des Biodiversitätsverlusts und der globalen Erwärmung haben bereits ein kritisches Limit überschritten. Dies führt zu extremen klimatischen Ereignissen wie langen und häufigeren Trockenperioden und starken Regenfällen und schwächt die deutschen Ökosysteme. In dieser angespannten Situation sind Pflanzenschädlinge auf dem Vormarsch.

Um diesen Entwicklungen entgegenzuwirken ist eine Transformation und Neuausrichtung der landwirtschaftlichen Systeme in Richtung einer bioökonomisch verträglichen, nachhaltigen Lebensmittelproduktion unumgänglich. Ein wesentlicher Bestandteil dessen sind Bestrebungen den ökologischen Landbau zu fördern. Doch gerade dieser Form des Anbaus mangelt es an Bekämpfungsmitteln gegenüber Pflanzenpathogenen. Dies führt zu einer Verwundbarkeit des gesamten Sektors.

Projektziele und Lösungsansatz

Einen wesentlichen Faktor für hohe Ertragsverluste stellen Pilzkrankheiten im Ökolandbau dar. Eine Reihe von ökologisch anwendbaren Biokontrollmitteln sind auf dem Markt erhältlich, jedoch fehlt in vielen Fällen das Wissen über ihre genaue Wirkweise.

Ziel des Projektes ist es, mikrobielle Stämme zu identifizieren und zu charakterisieren, die als antifungale Biokontrollmittel verwendbar sind. Basis ist dabei die 120.000 Mikroorganismen umfassende Stammsammlung des Fraunhofer IME.

Zwei wichtige Pilzkrankheiten in Deutschland sollen in diesem Zusammenhang adressiert werden: die Septoria-Blattdürre als die weltweit verbreitetste Krankheit bei Weizen und die Schwarzfleckenkrankheit bei Kartoffeln, welche besonders durch den Klimawandel profitiert.

Dabei werden detaillierte Kenntnisse über die metabolischen und genomischen Eigenschaften der neuen Stämme erzeugt. So wird bisher mangelndes Wissen generiert, welche metabolischen Fähigkeiten zur Funktionalität von Biokontrollmitteln beitragen. Zusätzlich werden Tests einbezogen um Lösungen mit günstigem ökologischen und toxikologischen Profil zu identifizieren.

Vorgehensweise

Die fungiziden Eigenschaften von bodenbewohnenden Bakterien als natürlichen Bestandteilen der Bodenökosysteme werden erforscht.  Dazu werden modernste Metabolomik- und Genomik-Technologien eingesetzt um die metabolischen Fähigkeiten der hier untersuchten Bakterien umfassend zu bestimmen. Dies wird in einem dreiphasigen Projekt umgesetzt:

1. Identifizierung und Charakterisierung von Bakterien, die ein vielversprechendes Naturstoffprofil aufweisen. Geleitet durch antifungale Bioaktivitätsdaten wird das metabolische Profil der Stämme erfasst und bewertet. Dadurch kann sowohl die Produktion von pflanzenfördernden Substanzen als auch schädlichen Stoffwechselprodukten erkannt werden.
2. Neue Naturstoffe mit antifungaler Aktivität werden isoliert und ihre Struktur aufgeklärt. Die identifizierten Stämme und Naturstoffe werden profiliert. Die antifungale Potenz wird bestimmt und öko-, zell- und phytotoxikologische Tests zur Umweltverträglichkeit durchgeführt.
3. Die vielversprechendsten Bakterien und Naturstoffe werden in Pflanzen-Infektions-Experimenten getestet. Dies ermöglicht die Effektivität der biobasierten Produkte bei der Krankheitskontrolle zu bestimmen.

Ergebnis

Das Projekt wird Wissen zu den metabolischen Fähigkeiten von Bakterien liefern und einen Weg hin zu ökologisch nachhaltigen Biokontrollmitteln aufzeigen.