Phytopathologie

Die Phytopathologie oder Pflanzenpathologie (englisch plant pathology, phytopathology) ist die Wissenschaft von den Krankheiten und Beschädigungen der Pflanzen. Sie erforscht die Ursachen, den Verlauf und die Symptome von Pflanzenkrankheiten. Dieses Wissen bildet die Grundlage für den Pflanzenschutz. Der Begriff setzt sich aus den altgriechischen Wörtern phyton („Pflanze“), pathos („Leiden“ oder „Krankheit“) und logos („Lehre“) zusammen.

Als Pflanzenkrankheit gilt jede Schädigung einer Pflanze, die typische Symptome zeigt und durch abiotische oder biotische Faktoren verursacht wird. Abiotische Auslöser sind beispielsweise Nährstoffmängel. Biotische Auslöser werden Pathogene genannt und umfassen vor allem Mikroorganismen (wie Pilze, Eipilze, Bakterien und andere einzellige Eukaryoten) sowie Viren und Viroide. Auch Parasitosen zählen zu den Pflanzenkrankheiten. Nicht dazu gerechnet werden hingegen Fraßschäden durch Herbivoren oder die Konkurrenz durch andere Pflanzen, etwa Allelopathie.

Da pflanzliche Nahrungsmittel den Großteil der menschlichen Kalorienabdeckung stellen, besitzt das Verständnis von Pflanzenkrankheit eine große Bedeutung für die Ernährungssicherheit der Weltbevölkerung.

Grundbegriffe

Schätzungen zufolge stehen jeder Pflanzenart bis zu 100 potenzielle Pathogene gegenüber. Dennoch ist jede Spezies gegen die große Mehrheit dieser Erreger geschützt, da ein Pathogen meist nur ein enges Wirtsspektrum erfolgreich infizieren kann. Kommt es zu einer Infektion, gilt die Pflanze als anfällig (suszeptibel) und der Erreger als virulent (Wirt und Pathogen sind kompatibel). Unterbleibt die Erkrankung, ist die Wirtspflanze resistent und das Pathogen avirulent (inkompatible Interaktion).

Krankheitsursachen

Abiotische Faktoren

Insbesondere eine ungünstige chemische Zusammensetzung des Bodens sowie ein Mangel an Makro- und Mikronährstoffen können sogenannte Mangelkrankheiten hervorrufen. Sie treten meist nester- oder flächenweise auf und äußern sich in Kümmerwuchs sowie Verfärbungen. Charakteristisch für diese Störungen ist ihre Reversibilität: Sobald der auslösende Mangel behoben wird, klingen die Symptome ab. Da keine Krankheitserreger beteiligt sind, ist eine Übertragung auf gesunde Pflanzen ausgeschlossen. Obwohl sich die Schadbilder je nach Pflanzenart unterscheiden, weisen die einzelnen Nährstoffmängel dennoch typische Kernmerkmale auf:

Mangel an	Symptome
Stickstoff	hellgrüne Färbung, vergilbende Blätter, schwacher Wuchs, Notreife
Kalium	Turgorverlust, Blattrandverbräunung
Phosphor	schwacher Wuchs, Blätter blaugrün, mitunter rötlich
Magnesium	Marmorierung der Blätter, gefolgt von Nekrosen
Kalzium	junge Blätter oft hakenförmig gekrümmt, Randchlorose, Absterben der Meristeme
Eisen	Chlorose
Bor	Basis junger Blätter wird chlorotisch und sterben später unter Schwarzfärbung ab (Herzfäule bei Futter- und Zuckerrüben)
Molybdän	Missbildungen an jungen Blättern, diffuse Flecken, später Gelbfleckigkeit
Kupfer	Chlorophylldefekte, Blattnekrosen, bei Getreide weiße, vertrocknende Blattspitzen und -ränder (Urbarmachungskrankheit / Heidemoorkrankheit)
Mangan	helle Laubfärbung, chlorotische, später nekrotische Flecken auf den Feldern zwischen den Blattadern (Dörrfleckenkrankheit des Hafers)

Pathogene

Pilze und Eipilze

Die größte Gruppe der Pathogene bilden die Pilze inklusive der Eipilze, zu denen sowohl obligate als auch fakultative Parasiten gehören. Obligate Parasiten sind auf lebendes Gewebe angewiesen und wachsen nicht auf künstlichen Nährböden; sie werden daher auch als biotroph bezeichnet. Die Infektion erfolgt über Sporen, die auf der Pflanzenoberfläche keimen. Je nach Pilzart dringt das Mycel über natürliche Öffnungen (Stomata, Lentizellen, Hydathoden), über Wunden oder direkt durch die Cuticula ein. Bei der direkten Penetration lösen pilzliche Enzyme wie Kutinasen und Zellulasen die Oberflächenstrukturen auf, woraufhin der Pilz mit Haustorien einwächst. Im Gegensatz dazu töten nekrotrophe Pilze (Saprophyten) das Wirtsgewebe beim Einwachsen gezielt ab, um die Nährstoffe aus den abgestorbenen Zellen aufzunehmen. Insbesondere Rost- und Brandpilze verursachen häufige Pflanzenkrankheiten.

Andere einzellige Eukaryoten

Einzellige Eukaryoten sind als pflanzliche Krankheitserreger im Vergleich zu den anderen Pathogenen zwar selten, können aber vor allem in den Tropen und Subtropen wirtschaftlich bedeutsame Pflanzenkrankheiten auslösen. Die wichtigsten Pathogene gehören zur Gattung Phytomonas aus der Gruppe Trypanosomatida. Sie besiedeln vor allem das Phloem, den Milchsaft oder die Früchte der Pflanzen und werden meist durch stechend-saugende Insekten übertragen. Die Phytomonas-Welke betrifft vor allem Kaffee, Kokospalmen und Ölpalmen.

Bakterien

Die meisten phytopathogenen Bakterien leben als fakultative Parasiten. Je nach Spezies dringen sie über Wunden, Stomata, Hydathoden oder Nektardrüsen in die Pflanze ein. Die bedeutendsten pflanzenpathogenen Bakterien gehören zu den gramnegativen Gattungen Agrobacterium, Erwinia, Pseudomonas und Xanthomonas; hierbei handelt es sich um stäbchenförmige, bewegliche Organismen. Grampositive Pathogene finden sich bei den Gattungen Clavibacter und Streptomyces. Mit Agrobacterium tumefaciens, dem Erreger der Wurzelhalsgallentumoren, steht ein hervorragend erforschter Modellorganismus zur Verfügung, der routinemäßig zur Übertragung genetischer Information in Pflanzen genutzt wird (Transfer durch Agrobacterium tumefaciens). Die 1967 entdeckten zellwandlosen Spiroplasmen und Phytoplasmen sind als Verursacher von über 200 verschiedenen Pflanzenkrankheiten nachgewiesen und rufen ähnliche Befallssymptome wie viele Viren hervor (etwa Blattvergilbungen, Stauchungen der Internodien, Störungen der Apikaldominanz).

Viren

Die meisten Pflanzenviren besitzen ein Genom aus einzelsträngiger RNA (z. B. das Tabakmosaikvirus). Seltener liegt die Nukleinsäure als doppelsträngige RNA (etwa 40 Arten), einzelsträngige DNA (etwa 50 Arten) oder doppelsträngige DNA vor (etwa 30 Arten, z. B. das Blumenkohlmosaikvirus). Der Infektionsweg verläuft typischerweise über Verwundungen – meist verursacht durch saugende Insekten, die als Vektoren dienen – oder über infizierten Pollen während der Befruchtung. In benachbarte, gesunde Zellen gelangen die Viren über Plasmodesmen. Dabei wandert ausschließlich die virale Nukleinsäure von Zelle zu Zelle, unterstützt durch virale Movement-Proteine. Die Viren nutzen hierbei den körpereigenen Mechanismus der Pflanze zum Transport von Proteinen und mRNA. Auf diese Weise breitet sich das Virus täglich um etwa 8 bis 10 Zellen (ca. 1 mm) aus. Erreichen die Viren schließlich das Phloem, beschleunigt sich die Ausbreitung drastisch: Innerhalb von drei bis vier Wochen ist die gesamte Pflanze systematisch infiziert.

Viroide

Alle bekannten Viroide sind phytopathogen. Es handelt sich um sehr kleine, ringförmige RNA-Moleküle, deren Vermehrung wahrscheinlich über RNA-RNA-Replikation verläuft und die von infizierten auf gesunde Pflanzen vermutlich durch den Menschen im Zuge landwirtschaftlicher Verrichtungen (etwa der Stecklingsvermehrung) übergehen. Der Mechanismus der Viroiderkrankungen ist weitestgehend unbekannt. Es wird angenommen, dass Viroide bestimmte pflanzliche Enzyme (z. B. Proteinkinasen) aktivieren, wodurch die Proteinbiosynthese gestört wird. Auch eine Störung der mRNA-Ribosomen-Wechselwirkung wird vermutet. Der Potato Spindle Tuber Viroid (PSTVd) besteht aus nur 359 Ribonukleotiden und verursacht die Spindelknollensucht der Kartoffelpflanze.

Pathogenabwehr

Pflanzen schützen sich gegen mikrobielle Schadorganismen sowohl durch vorgebildete (präformierte) als auch durch induzierbare Abwehrmechanismen. Zu den präformierten Barrieren zählen strukturelle Merkmale wie die Cuticula und verholzte Zellwände sowie toxische Substanzen (z. B. Saponine, Phenole und Chinone) in Zellwänden und Vakuolen. Darüber hinaus können Pflanzen bei Kontakt mit Erregern gezielt induzierbare Abwehrreaktionen aktivieren, die sich ebenfalls in strukturelle und chemische Komponenten unterteilen lassen.

Bedeutung von Pflanzenkrankheiten

Ernteausfälle

Pflanzenkrankheiten stellen Landwirtschaft und Gartenbau jedes Jahr vor neue Herausforderungen. Sie führen zu Qualitäts- und Ertragseinbußen oder gar zu vollständigen Ernteausfällen. Darüber hinaus können Erreger auf dem Erntegut schädliche Toxine bilden, die die Nahrungsmittel für den Verzehr unbrauchbar machen.

Der Pilz Phytophthora infestans, der Erreger der Kraut- und Knollenfäule, verursachte im 19. Jahrhundert die Große Hungersnot in Irland. Als Folge mehrerer Missernten bei Kartoffeln nahm die Bevölkerung Irlands in den Jahren 1845 bis 1850 um etwa 2 Millionen ab. Davon sind schätzungsweise 1 Million verhungert und 1 Million infolge der Hungersnot ausgewandert. Auf dieselbe Krankheit geht der Steckrübenwinter während des 1. Weltkrieges (1916/17) in Deutschland zurück. Der Kaffeerost (Hemileia vastatrix) hat im 19. Jahrhundert die Wirtschaft Sri Lankas (damals Ceylon) grundlegend verändert. Bis zum Ausbruch der Pilzkrankheit im Jahr 1869 zählte das Land zu den weltweit führenden Kaffeeproduzenten. Innerhalb weniger Jahre brachte der Erreger den Anbau jedoch vollständig zum Erliegen. Die Plantagen wurden daraufhin großflächig auf Tee umgestellt – wodurch Sri Lanka heute zu den bedeutendsten Tee-Exporteuren der Welt gehört.

Trotz Fortschritte in der Phytopathologie und im Pflanzenschutz treten immer wieder schwere Epidemien auf. Die Helminthosporiose-Epidemie von 1970–71 in den USA (Southern Corn Leaf Blight oder SCLB) gilt als eine der verheerendsten Pflanzenkrankheiten der modernen Agrargeschichte und wurde durch den Pilz Bipolar maydis (Synonym Helminthosporium maydis) verursacht. Sie vernichtete rund 15 % der gesamten US-Maisernte, was einem damaligen wirtschaftlichen Verlust von etwa 1 Milliarde US-Dollar entsprach (kaufkraftbereinigt heute etwa 6 bis 8 Milliarden Dollar). In manchen Gebieten betrug der Ernteausfall 80 bis 100 %.

Gezielte Nutzung

Während in Europa und den USA der Befall mit Maisbeulenbrand (Ustilago maydis) zu Ernteausfällen führt, sind in Mexiko die unreifen Gallen des Pilzes ein beliebtes Nahrungsmittel (Huitlacoche). Der Pilz wird dort gezielt gefördert und Maispflanzen werden mit infektiösem Material geimpft. Der nahe verwandte Brandpilz Ustilago esculenta verursacht beim Breitblättrigen Wasserreis (Zizania latifolia) fleischig verdickte untere Stängelglieder. Die essbaren Gallen werden als Gemüse verzehrt (Jiaobai in China, kambong in Indien und makomotake in Japan). Die Infektion wird in Ostasien seit mehr als 1500 Jahren kontinuierlich über vegetative Vermehrung kultiviert.

Bekämpfung

Durch wissenschaftliche Erkenntnisse über die Erreger und ihre Lebenszyklen wurden wirksame Verfahren zur systematischen Vorbeugung (Prophylaxe) und kurativen Bekämpfung der Krankheiten erarbeitet. Neben den in den Industriestaaten verbreiteten biologischen und chemischen Fungiziden sind zur Krankheitsabwehr auch traditionelle Verfahren wie weite Fruchtfolgen, Verwendung krankheitsresistenter Saatgutsorten sowie ökologische Landwirtschaft von Bedeutung. Da sich viele Sorten der Kulturpflanzen in ihrer Anfälligkeit gegenüber Krankheitserregern und Schädlingen wesentlich unterscheiden, hat die Resistenzzüchtung eine große Bedeutung.

Bedeutende Pflanzenkrankheiten (Auswahl)

Literatur

• Franz Nienhaus: Phytopathologisches Praktikum. Methoden und Übungsband. 1969.
• Franz Nienhaus et al.: Lehrbuch der Phytomedizin. 1975.
• Heinz Butin: Krankheiten der Wald- und Parkbäume. Leitfaden zum Bestimmen von Baumkrankheiten. Georg Thieme Verlag, Stuttgart und New York 1983, ISBN 3-13-639001-6.
• Eckart Schlösser: Allgemeine Phytopathologie. 2. neubearbeitete Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1997, ISBN 3-13-647502-X.
• Hoffmann/Schmutterer: Parasitäre Krankheiten und Schädlinge an landwirtschaftlichen Nutzpflanzen. 2. erweiterte und ergänzte Auflage. Verlag Eugen Ulmer Stuttgart, 1999, ISBN 3-8001-3207-9.
• R. Kenneth Horst: Westcott’s Plant Disease Handbook. Springer, 8th edition, Dordrecht 2013, ISBN 978-94-007-2140-1 (Print); ISBN 978-94-007-2141-8 (E-Book)
• Roger Hull: Plant Virology. Academic Press, 5th edition 2014, ISBN 978-0-12-384871-0 (Print); ISBN 978-0-12-384872-7 (E-Book)

Weblinks

Wiktionary: Phytopathologie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons: Phytopathologie – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Zimmerpflanzendoktor

Einzelnachweise

1. Andreas Bresinsky, Christian Körner, Joachim W. Kadereit, Gunther Neuhaus, Uwe Sonnewald: Lehrbuch der Botanik. Begründet von Eduard Strasburger. 36. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2008, ISBN 978-3-8274-1455-7. 
   1. 1 2 S. 537
   2. ↑ S. 538
   3. 1 2 3 S. 539
   4. ↑ S. 542–543
2. Fritz Schönbeck: Pflanzenkrankheiten – Einführung in die Phytopathologie. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 1979, ISBN 3-519-03604-5. 
   1. ↑ S. 14–15
   2. 1 2 S. 12
3. ↑ Israel Ogwuche Ogra et al.: Bibliometric analysis of global research trends on Phytomonas for insights into future direction. In: Discover Life. Band 56, Nr. 1, 2026, doi:10.1007/s11084-026-09733-9. 
4. ↑ H. Arnold Bruns: Southern Corn Leaf Blight: A Story Worth Retelling. In: Agronomy Journal. Band 109, Nr. 4, 2017, doi:10.2134/agronj2017.01.0006. 
5. ↑ Zuamí Villagrán, Magdalena Martínez-Reyes, Horacio Gómez-Rodríguez, Uzziel Ríos-García, Efigenia Montalvo-González, Rosa Isela Ortiz-Basurto, Luis Miguel Anaya-Esparza, Jesús Pérez-Moreno: Huitlacoche (Ustilago maydis), an Iconic Mexican Fungal Resource: Biocultural Importance, Nutritional Content, Bioactive Compounds, and Potential Biotechnological Applications. In: Molecules. Band 28, Nr. 4415, 2023, doi:10.3390/molecules28114415. 
6. ↑ Yafen Zhang, Qianchao Cao, Peng Hu, Haifeng Cui, Xiaoping Yu, Zihong Ye: Investigation on the differentiation of two Ustilago esculenta strains - implications of a relationship with the host phenotypes appearing in the fields. In: BMC microbiology. Band 17, Nr. 1, 2017, doi:10.1186/s12866-017-1138-8.