Mit Röntgen-CT gegen Tomaten-Schädlinge

Nematoden sind mit bloßem Auge kaum zu erkennen, können an Kulturpflanzen aber großen Schaden anrichten. Forschende am Technologiezentrum Phänotypisierung im Bereich Entwicklungszentrum Röntgentechnik des Fraunhofer IIS in Merkendorf erkennen den Befall von Tomaten-Pflanzen mithilfe von Röntgen-CT. Dadurch werden die schädlichen Fadenwürmer automatisiert und frühzeitig identifiziert, bevor oberirdische Schäden auftreten.

Der Tomatenverbrauch pro Kopf und Jahr liegt in Deutschland nach Zahlen der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung bei 27,4 Kilogramm. Die rote Frucht ist sowohl für die Landwirtschaft als auch für Hobbygärtnerinnen und -gärtner von großer Bedeutung. Allerdings machen der Tomate aufgrund des Klimawandels verstärkt Wurzelgallennematoden zu schaffen, die sich wegen der höheren Temperaturen stärker ausbreiten. Die Fadenwürmer sind mit dem bloßen Auge kaum sichtbar, setzen sich aber in den Wurzeln fest und richten große Schäden an. »Landwirte können durch einen Nematodenbefall erhebliche Ertragseinbußen erleiden«, sagt Jule Steinert, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich Entwicklungszentrum Röntgentechnik des Fraunhofer IIS.

Röntgen-CT erlaubt Blick unter die Erdoberfläche

Der Nematodenbefall ist oberirdisch nicht sofort sichtbar und lässt sich bislang nur aufwendig nachweisen. Die Pflanze muss ausgegraben, die Wurzeln gewaschen, zerkleinert und die Nematoden unter dem Mikroskop gezählt werden – die Pflanze selbst stirbt ab. Auf der Suche nach einer Lösung kam das Julius-Kühn-Institut (JKI) als Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen auf das Fraunhofer IIS zu. Dort hat man langjährige Erfahrung im Einsatz von Röntgen-CT zur Untersuchung von Pflanzen. Jule Steinert und ihr Team führten in der Klimakammer des Fraunhofer IIS schließlich ein Experiment mit Tomatenpflanzen und der Nematodenart Meloidogyne incognita durch.

Für die Untersuchung zogen die Forschenden 40 Tomatenpflanzen in fünf Gruppen heran und infizierten sie mit jeweils 0, 500, 1.000 und 2.000 Nematoden je 100 ml Substrat. Eine weitere Gruppe erhielt ebenfalls 1.000 Nematoden, wurde aber als Kontrollgruppe nicht der Röntgenstrahlung ausgesetzt. »Damit wollten wir die Auswirkungen der Strahlung auf die Tomatenpflanzen ermitteln«, so Steinert.

Vielversprechende Ergebnisse – Einfluss durch Strahlung denkbar

Die ersten Ergebnisse aus dem Experiment sind vielversprechend: Je mehr Nematoden im Substrat waren, desto größer wurde das Wurzelvolumen – ein Hinweis auf die von den Fadenwürmern verursachten Wurzelgallen. Dies konnte mit Hilfe der Röntgen-CT festgestellt werden, ohne die Pflanzen zu beschädigen. Zudem wies die nicht bestrahlte Pflanzengruppe eine höhere Nematodendichte auf. »Das deuten wir als erstes Anzeichen dafür, dass die Bestrahlung den Befall beeinflussen kann«, weiß Steinert. Auch das beteiligte JKI ist von den Ergebnissen überzeugt. Das Institut schlug vor, das Experiment unter gleichen Bedingungen zu wiederholen, um die Ergebnisse zu validieren und damit auch die eigene Forschung voranzutreiben. Dabei ist insbesondere von Interesse, wie sich die Strahlung tatsächlich auf die Nematoden auswirkt und ob sich der Effekt je nach Häufigkeit der Bestrahlung ändert. Die einzigartige Klimakammer in Merkendorf bietet dafür beste Bedingungen.

Für Saatgutzüchter ist die neue Methode besonders interessant: Statt Pflanzen händisch auszugraben, könnten sie Nematodenbefall künftig frühzeitig und automatisiert per Röntgen-CT des Fraunhofer IIS bestimmen lassen. Perspektivisch soll die Untersuchung auf weitere Kulturpflanzen übertragen und in Zusammenarbeit mit dem JKI um eine Hyperspektralanalyse erweitert werden. Dass es in Merkendorf gelungen ist, nicht nur die Stärke eines Befalls, sondern auch die Auswirkungen auf die Wurzeln zu erfassen, ist laut Steinert einmalig. »Wir gehören damit zu den Vorreitern in der Entwicklung«, sagt sie.

Beitrag von Julian Hörndlein, Freier Journalist und PR-Texter