Plasmaerzeugtes Gas trägt dazu bei, Pflanzen vor Krankheitserregern zu schützen

Der Blitz und der Tanz der Polarlichter enthalten einen vierten Materiezustand, der als Plasma bekannt ist und den Forscher genutzt haben, um ein Gas zu erzeugen, das die Pflanzenimmunität gegen weit verbreitete Krankheiten aktivieren kann.

Das Team mit Sitz an der Tohoku-Universität in Japan veröffentlichte seine Ergebnisse am 24 PLUS EINS.

„Derzeit sind chemische Pestizide die Hauptstütze der Krankheitsbekämpfung in der Landwirtschaft, aber sie können den Boden kontaminieren und das Ökosystem schädigen“, sagte der Autor der Studie, Sugihiro Ando, ​​außerordentlicher Professor an der Graduate School of Agricultural Science der Tohoku-Universität. „Wir müssen Technologien zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten entwickeln, die dazu beitragen können, ein nachhaltiges landwirtschaftliches System aufzubauen. Die Verwendung von Pflanzenimmunität ist eine der wirksamsten Methoden zur Bekämpfung von Krankheiten, da sie die angeborene Widerstandskraft von Pflanzen nutzt und nur geringe Auswirkungen auf die Umwelt hat.“

Mit ihrem zuvor entwickelten Gerät, das Plasma aus der Luft ableitet, stellten die Forscher Distickstoffpentoxid her, eine reaktive Stickstoffspezies (RNS). Dieses Molekül ist mit reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) verwandt, da es sowohl Zellen schädigt als auch spezifische Stressreaktionen in Organismen auslöst.

„Es ist allgemein bekannt, dass reaktive Arten wichtige Signalfaktoren bei der Immunantwort von Pflanzen sind, aber die spezifische physiologische Funktion von Distickstoffpentoxid ist kaum bekannt“, sagte Ando. „Pflanzen produzieren reaktive Spezies als Abwehrreaktion, wenn sie einen infektiösen Reiz von einem Pathogen wahrnehmen. Die erzeugten reaktiven Spezies fungieren als Signalmoleküle, die zur Aktivierung der pflanzlichen Immunität beitragen.“

Laut Ando sind reaktive Spezies mit Pflanzenhormonen wie Salicylsäure, Jasmonsäure und Ethylen verbunden, die helfen, die Pflanzenimmunität zu regulieren, aber die physiologische Funktion von Distickstoffpentoxid ist kaum bekannt.

„Da bekannt ist, dass reaktive Arten wichtige Funktionen bei der Pflanzenimmunität haben, haben wir analysiert, dass die Wetterexposition von Pflanzen gegenüber Distickstoffpentoxidgas die Krankheitsresistenz erhöhen könnte“, sagte Ando.

Die Forscher setzten die Ackerschmalwand, eine kleine Pflanze, die häufig als Modellsystem für die wissenschaftliche Forschung verwendet wird, drei Tage lang täglich 20 Sekunden lang Distickstoffpentoxidgas aus. Die Pflanzen wurden dann mit einem von drei gängigen Pflanzenpathogenen infiziert: einem Pilz, einem Bakterium oder einem Virus. Die Pflanzen mit dem Pilz oder dem Virus zeigten eine unterdrückte Ausbreitung des Pathogens, während die mit dem Bakterium eine ähnliche Proliferation wie die Kontrollpflanzen aufwiesen.

„Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Exposition gegenüber Distickstoffpentoxid-Gas Pflanzenkrankheiten je nach Art des Krankheitserregers kontrollieren könnte“, sagte Ando.

Eine genetische Analyse ergab, dass das Gas spezifisch die Signalwege von Jasmonsäure und Ethylen aktivierte und anscheinend zur Synthese von antimikrobiellen Molekülen führte, die laut Ando möglicherweise zur beobachteten Krankheitsresistenz beigetragen haben.

„Distickstoffpentoxidgas kann verwendet werden, um die Pflanzenimmunität zu aktivieren und Pflanzenkrankheiten zu kontrollieren“, sagte Ando. „Durch die Plasmatechnologie kann das Gas ohne spezielle Materialien aus Luft und Strom hergestellt werden. Das Gas kann auch in Wasser gelöst in Salpetersäure umgewandelt und als Dünger für Pflanzen verwendet werden. Diese Technologie kann zum Bau von beitragen ein nachhaltiges Agrarsystem als saubere Technologie mit minimaler Umweltbelastung.“

Als nächstes wollen die Forscher untersuchen, wie ihre Technologie bei Nutzpflanzen und im Gewächshausanbau funktioniert.