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Technologieentwicklung zur Herstellung antifungaler Wirkstoffe für den biologischen Pflanzenschutz

Teilvorhaben TP1 – Wirkstoffgewinnung und Wirksamkeitstestung

Verbundpartner:

  • Hochschule Anhalt
  • Orgentis Chemicals GmbH
  • TinPlant Biotechnik und Pflanzenvermehrungs GmbH
  • Weingut Rollsdorfer Mühle
  • LGA Landwirtschaftsgesellschaft Arendsee

Die im Antrag zu diesem Vorhaben dargestellten bisherigen Ergebnisse der Arbeitsgruppe Institute of Bioanalytical Sciences (IBAS) des Centers of Life Sciences der Hochschule Anhalt bzgl. der antifungalen Wirkung von aus den Wurzeln von Rhabarber-Arten (Rheum spp.) isolierten Wirkstoffen/Wirkstoffgemischen zeigen, dass ein hohes Potential zur Bekämpfung von durch Pilze verursachte Pflanzenkrankheiten vorhanden und damit eine Basis für die Entwicklung hochwirksamer, definierter und standardisierbarer biologischer Wirkstoffe bzw. Wirkstoffgemische mit antifungaler Wirkung grundsätzlich gegeben ist. Auf Grund dieser Ergebnisse war es das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens:

  • die bisher im IBAS angewendeten, labortechnischen Extraktionen unter wirtschaftlichen Aspekten zu überarbeiten bzw. Extraktions- und Aufreinigungsverfahren für eine spätere kommerzielle Herstellung der Rheum-Extrakte vollständig neu zu entwickeln (IBAS, Orgentis Chemicals GmbH),
  • die damit gewonnenen Wirkstoffe/Wirkstoffgemische entsprechenden biologischen Wirkungstests zu unterziehen, deren Ergebnisse die Grundlage für die Technologiemodifizierung und Optimierung bilden,
  • im Rahmen eines Labor/Gewächshaus-Screenings möglichst viele unterschiedliche Rhabarber-Arten (Genotypen und Herkünfte) auf Ihre Wirkung gegen unterschiedlichste, wirtschaftlich relevante Erreger von Pilzkrankheiten zu testen, wobei insbesondere Freiland-Tests von Rheum-Extrakten gegen den Echten Mehltau (Oidium) und Falschen Mehltau (Peronospora viticola) im Weinbau (Weingut Rollsdorfer Mühle, Forschungsanstalt Geisenheim), sowie im Getreide- und Zuckerrübenanbau (IBAS der HS Anhalt, LGA Arendsee) durchzuführen sind,
  • die im Vorfeld mit Laborextrakten gefundene Wirkung von Rheum-Extrakten gegen Rostkrankheiten in Getreide (Weizen, Roggen) unter Freilandbedingungen mit den unter industrienahen Bedingungen gewonnenen Extrakten zu prüfen,
  • durch die Entwicklung spezifischer in vitro Vermehrungsverfahren (TinPlant GmbH) die Basis für definiertes, gut charakterisiertes Pflanzenmaterial zu legen und damit eine ausreichend große Zahl an Jungpflanzen zur Schaffung des zur potentiellen, kommerziellen Anwendung (Orgentis Chemicals GmbH) nötigen Ausgangsmaterials produzieren zu können.

Durch Pilze verursachte Pflanzenkrankheiten haben in den zurückliegenden Jahren auch in Europa große Ernteverluste verursacht. Trotz umfangreicher Pflanzenschutzmaßnahmen liegen die durch Pilze hervorgerufenen Ernteverluste im Bereich von 15…25%. Die Entwicklung des Einsatzes an Pflanzenschutzmitteln in Deutschland in den letzten Jahren ist der nachfolgenden Abbildung zu entnehmen.

Allein in Deutschland kam im Jahre 2010 eine Pflanzenschutzwirkstoffmenge von 40844 t auf einer Landwirtschaftsfläche von ca. 17 Mio. ha zum Einsatz. Diese Menge ruft bei vielen Menschen die Sorge hervor, dass Lebensmittel mit Rückständen aus chemischen Pflanzenschutzmitteln belastet sein könnten. Aus diesem Grund wurde in Deutschland im Jahre 2004 das „Reduktionsprogramm Chemischer Pflanzenschutz“ verabschiedet.

Begünstigend für die Ausbreitung von Pilzerkrankungen wirken sich vor allem milde Winter aus, die z.B. zu einem starken Ausbruch von Mehltau und Gelbrost in Getreide führen. Im Weinbau stellen Mehltaupilze (Echter und Falscher Mehltau) ebenfalls ein Problem dar. Für den konventionellen Weinbau stehen zwar wirksame synthetische Fungizide als Spritzmittel für die Bekämpfung des Echten Mehltaus (Oidium) sowie Falschen Mehltaus (Peronospora viticola) zur Verfügung, jedoch das generelle Problem bei synthetischen Fungiziden ist das Risiko der Resistenzbildung bei den Pilzkrankheiten gegenüber Fungiziden.

Beunruhigend hinsichtlich der verfügbaren Spritzmittel ist vor allem, dass die relativen Verlustraten bezüglich des potentiell erreichbaren Ertrages auch unter intensiven Maßnahmen heute noch zunehmen, anstatt zu sinken. Eine effektive Wirkung gegen die Pilze kann ohnehin nur erzielt werden, wenn die verwendeten Pflanzenschutzmittel ständig variiert bzw. in unterschiedlichen Kombinationen eingesetzt werden. Eine einseitige Nutzung kann schnell zu Resistenzen und damit zu noch größeren Ernteausfällen führen. Die Resistenzen gegen kommerzielle Pflanzenschutzmittel haben in den zurückliegenden Jahren stark zugenommen. Aus diesem Grund wird häufig mehrmals jährlich mit unterschiedlichen chemischen Fungiziden gearbeitet, um diese Effekte zu verlangsamen.

Zudem haben viele der derzeit im Einsatz befindlichen Mittel schon ihre Zulassung verloren oder werden diese in den nächsten Jahren verlieren, so dass die Suche nach neuen, effektiv wirkenden Mitteln eine drängende Aufgabenstellung darstellt. Gleichzeitig führen die starken Vorbehalte vieler Menschen gegenüber chemischen Mitteln zur Notwendigkeit der Entwicklung und Herstellung natürlicher biologischer Pflanzenschutzmittel (Biolandbau).

Eine der daraus ableitbaren Konsequenzen ist, dass ständig neue Wirkstoffe mit einem möglichst neuen Wirkungsmechanismus gefunden werden müssen. Im ökologischen Weinbau werden derzeit gegen Peronospora hauptsächlich kupfer- und gegen Oidium schwefelhaltige Präparate eingesetzt. Bei häufiger Anwendung von kupferhaltigen Präparaten kommt es zu einer rheblichen Kupferanreicherung im Boden. „Daher wird derzeit über die Zurücknahme der Zulassung diskutiert.“ Von August bis zur Ernte gibt es derzeit im Weinanbau keine Spritzmittel, in Abhängigkeit vom Wetter jedoch einen zum Teil sehr starken Pilzbefall der Pflanzen und Beeren und damit auch entsprechend hohe Ernteverluste. Gerade auch in diesem Zeitraum könnten Rheum-Spritzmittel zukünftig effektiv eingesetzt werden.

Eine Neuentwicklung von Pflanzenschutzprinzipien als Ergänzung vorhandener chemischer Strategien im Sinne einer nachhaltigen Pflanzenproduktion, wie sie im Rahmen des Vorhabens geplant ist, erscheint daher notwendig und ökologisch geboten.

Aus den oben genannten Gründen ist es im Rahmen des beantragten Vorhabens das Ziel der Arbeitsgruppe IBAS der Hochschule Anhalt, in enger interdisziplinärer Zusammenarbeit mit den Projektpartnern, Technologien zur Gewinnung hochwirksamer, definierter biologischer Wirkstoffe bzw. Wirkstoffgemische mit antifungaler Wirkung aus den Wurzeln verschiedener Rheum-Genotypen zu entwickeln. Eine wichtige und entscheidende Zielstellung ist dabei, dass die Extrakte/Isolate in standardisierter Form, d.h. mit annähernd gleichen Wirkspektren hergestellt werden können.