Kartoffeln sind eines der wichtigsten Grundnahrungsmittel in Deutschland und werden auf etwa 300.000 Hektar landwirtschaftlicher Fläche angebaut, wo sie jährlich durchschnittlich 44 Tonnen pro Hektar erbringen. Doch der Anbau dieser wertvollen Knollen ist nicht ohne Risiken. Pflanzenkrankheiten wie der Kartoffelkrebs, verursacht durch den Pilz Synchytrium endobioticum, können zu erheblichen Ernteausfällen führen und somit auch wirtschaftliche Einbußen für die Landwirte bedeuten. Um diese Bedrohung frühzeitig zu erkennen und einzugreifen, hat ein Forschungsteam der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) eine neuartige Methode entwickelt, die auf der Analyse des charakteristischen Duftes von infizierten Kartoffelknollen basiert. Die Ergebnisse dieser Studie wurden im „Journal of Plant Diseases and Protection“ veröffentlicht.
Der Kartoffelkrebs ist für Menschen zwar unbedenklich, dennoch hat die Krankheit verheerende Auswirkungen auf die Pflanzen. Der Pilz entzieht den Knollen die Nährstoffe und kann sich über Sporen verbreiten, die in sogenannten „Dauersporen“ über Jahrzehnte hinweg im Boden überdauern können. Diese Eigenschaft macht den Kartoffelkrebs zu einer meldepflichtigen Krankheit, was bedeutet, dass befallene Felder für viele Jahre vom Kartoffelanbau ausgeschlossen werden müssen. In den letzten Jahren wurden in mehreren deutschen Bundesländern, darunter Bayern, Niedersachsen und Baden-Württemberg, Fälle von Kartoffelkrebs dokumentiert.
Im Rahmen des Projekts „SYNergie“ hat die Doktorandin Sarah Vermeeren an der H-BRS eine innovative Methode zur Früherkennung von Kartoffelkrebs entwickelt. Sie nutzt flüchtige organische Verbindungen (VOCs), die von befallenen Knollen abgegeben werden, um eine eindeutige Unterscheidung zwischen gesunden und infizierten Proben zu ermöglichen. Die Forschung beruht auf der Gaschromatographie-Massenspektrometrie, unterstützt durch mathematisch-statistische Analysen. „Aufgrund der chemischen Daten können spezifische Infektionsmuster erkannt werden, die auf eine Infektion hinweisen“, erklärt Vermeeren. Obwohl die Veränderung des Duftes für das menschliche Gehör nicht wahrnehmbar ist, können hochentwickelte Messgeräte diese Unterschiede erfassen.
Die Studie begann mit umfangreichen Messungen in einem speziell eingerichteten Quarantäneraum, wo Vermeeren über 200 Messungen an Kartoffelknollen durchführte. Dabei wurden jeweils 7000 Datenpunkte zu den flüchtigen organischen Verbindungen erfasst. „Die größte Herausforderung bestand darin, die relevanten Daten zu filtern“, so Vermeeren. Mithilfe eines selbst entwickelten Programms, das auf maschinellem Lernen basiert, konnte sie herausfinden, dass eine Kombination von sieben bestimmten Verbindungen ein starkes Indiz für einen Befall mit Kartoffelkrebs darstellt. Zu diesen Verbindungen gehören unter anderem 1-Methoxy-3-Methylbutan und Styren.
Die tückische Natur des Kartoffelkrebses liegt darin, dass die Knollen im Boden wachsen, was eine frühzeitige Erkennung des Befalls erschwert. Der Erreger ist zudem äußerst resistent gegenüber extremen Temperaturen und chemischen Behandlungen. Daher ist es von großem Interesse, schnelle und präzise Methoden zur Identifizierung des Pilzes zu entwickeln, um eine Ausbreitung zu verhindern. Professor Peter Kaul, der das Projekt „SYNergie“ am Institut für Sicherheitsforschung (ISF) leitet, sieht großes Potenzial in dieser neuen Diagnosemethode.
Ein möglicher nächster Schritt könnte die Entwicklung eines Schnelltests für Kartoffelkrebs sein, der direkt auf dem Feld eingesetzt werden kann. Kaul ist optimistisch, dass sich durch die Analyse flüchtiger organischer Verbindungen auch andere Schaderreger bei Kartoffeln sowie bei anderen Pflanzen wie Mais und Bohnen identifizieren lassen. Die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg wird ihre Forschungsaktivitäten in diesem Bereich fortsetzen, im Rahmen des neuen Projekts „PoC-DiKa“, das sich auf verschiedene bakterielle und pilzliche Schaderreger konzentriert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Forschung an der H-BRS bedeutende Fortschritte im Bereich der Pflanzenkrankheiten ermöglicht und einen wichtigen Beitrag zur Sicherheit und Produktivität im Kartoffelanbau leistet. Die neu entdeckte Methode zur Analyse der Duftstoffe von Kartoffelknollen könnte schließlich dazu führen, dass Landwirte schneller auf Krankheitsausbrüche reagieren können und somit ihre Erträge langfristig sichern.
