Die durch Unkraut und andere Schädlinge wie Viren, Bakterien, Pilze und Insekten verursachten Schäden an Pflanzen beeinträchtigen deren Produktivität erheblich und können in manchen Fällen eine Ernte vollständig vernichten. Heutzutage werden verlässliche Ernteerträge durch den Einsatz krankheitsresistenter Sorten, biologischer Schädlingsbekämpfung und den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten, Insekten, Unkraut und anderen Schädlingen erzielt. 1983 wurden 1,3 Milliarden US-Dollar für Pflanzenschutzmittel – ohne Herbizide – ausgegeben, um Nutzpflanzen vor Schäden durch Pflanzenkrankheiten, Nematoden und Insekten zu schützen und diese zu begrenzen. Die potenziellen Ernteausfälle ohne den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln übersteigen diesen Wert bei Weitem.
Seit etwa 100 Jahren ist die Züchtung krankheitsresistenter Pflanzen ein wichtiger Bestandteil der landwirtschaftlichen Produktivität weltweit. Die Erfolge der Pflanzenzüchtung beruhen jedoch größtenteils auf empirischen Erkenntnissen und können von kurzer Dauer sein. Aufgrund fehlender grundlegender Informationen über die Funktion von Resistenzgenen sind Studien oft eher zufällig als zielgerichtet. Hinzu kommt, dass die Ergebnisse aufgrund der sich verändernden Natur von Krankheitserregern und anderen Schädlingen, die durch die Einführung neuer genetischer Informationen in komplexe agrarökologische Systeme entstehen, ebenfalls nur von kurzer Dauer sein können.
Ein hervorragendes Beispiel für die Auswirkungen genetischer Veränderungen ist die Sterilität des Pollens, die in die meisten wichtigen Maissorten eingezüchtet wurde, um die Produktion von Hybridsaatgut zu erleichtern. Pflanzen mit Texas-(T)-Zytoplasma übertragen diese männlich-sterile Eigenschaft über das Zytoplasma; sie ist mit einem bestimmten Mitochondrientyp assoziiert. Unbekannt für die Züchter, trugen diese Mitochondrien auch eine Anfälligkeit für ein Toxin, das von dem pathogenen Pilz produziert wird.HelminthosporiumMaydisDie Folge war die Maisblattfleckenkrankheit-Epidemie in Nordamerika im Sommer 1970.
Die Methoden zur Entwicklung von Pestiziden waren größtenteils empirisch. Ohne oder mit nur geringen Vorkenntnissen über die Wirkungsweise werden Chemikalien getestet, um diejenigen auszuwählen, die das Zielinsekt, den Pilz oder das Unkraut abtöten, aber weder die Kulturpflanze noch die Umwelt schädigen.
Empirische Ansätze haben bei der Bekämpfung einiger Schädlinge, insbesondere von Unkräutern, Pilzkrankheiten und Insekten, enorme Erfolge erzielt. Der Kampf gegen diese Schädlinge ist jedoch ein fortwährender, da genetische Veränderungen oft ihre Virulenz gegenüber resistenten Pflanzenarten wiederherstellen oder sie gegen ein Pestizid resistent machen können. Was in diesem scheinbar endlosen Kreislauf von Anfälligkeit und Resistenz fehlt, ist ein klares Verständnis sowohl der Organismen als auch der von ihnen befallenen Pflanzen. Mit zunehmendem Wissen über Schädlinge – ihre Genetik, Biochemie und Physiologie, ihre Wirte und die Wechselwirkungen zwischen ihnen – werden gezieltere und effektivere Schädlingsbekämpfungsmaßnahmen entwickelt werden können.
Dieses Kapitel stellt verschiedene Forschungsansätze vor, die zu einem besseren Verständnis der grundlegenden biologischen Mechanismen beitragen und zur Bekämpfung von Pflanzenpathogenen und Insekten genutzt werden können. Die Molekularbiologie bietet neue Techniken zur Isolierung und Untersuchung der Wirkungsweise von Genen. Die Existenz anfälliger und resistenter Wirtspflanzen sowie virulenter und avirulenter Pathogene kann genutzt werden, um die Gene zu identifizieren und zu isolieren, die die Interaktionen zwischen Wirt und Pathogen steuern. Untersuchungen der Feinstruktur dieser Gene können Aufschluss über die biochemischen Wechselwirkungen zwischen den beiden Organismen und die Regulation dieser Gene im Pathogen und im Pflanzengewebe geben. Zukünftig sollte es möglich sein, die Methoden und Möglichkeiten für den Transfer erwünschter Resistenzeigenschaften in Nutzpflanzen zu verbessern und umgekehrt Pathogene zu entwickeln, die gegen ausgewählte Unkräuter oder Arthropodenschädlinge virulent sind. Ein besseres Verständnis der Neurobiologie von Insekten sowie der Chemie und Wirkung von modulierenden Substanzen, wie beispielsweise der endokrinen Hormone, die Metamorphose, Diapause und Fortpflanzung regulieren, wird neue Wege zur Bekämpfung von Insektenschädlingen eröffnen, indem deren Physiologie und Verhalten in kritischen Stadien ihres Lebenszyklus gestört werden.
Veröffentlichungsdatum: 14. April 2021