Pflanzenviren im Gemüsebau: Infektionsquellen durch Wasser, Boden und Kompost

Unsichtbare Wege der Virusübertragung im Gemüsebau

Die Forschung zeigt eindeutig: Pflanzenviren sind stabiler und anpassungsfähiger als lange gedacht. Für den Gemüsebau bedeutet das: Nur ein konsequentes Hygienemanagement, das auch Kompost, Bewässerungswasser und Drain im Blick hat, kann das Infektionsrisiko minimieren und eine Ertragssicherheit gewährleisten.

Für den erfolgreichen Gemüsebau ist es entscheidend, diese praxisnahen Empfehlungen zu berücksichtigen:

• Viren können ohne Insektenvektoren übertragen werden – über Wasser, Boden und Pflanzenreste.

• Kompost und Bewässerungswasser sind können infektiöse Pflanzenviren beherbergen und sollten sorgfältig überwacht werden.

• Hydroponische Anbausysteme bieten Vorteile wie ein beschleunigtes Pflanzenwachstum, eine Einsparung von Wasser und Düngemitteln sowie eine Reduktion des Eintrags von Dünger in das Grundwasser, bergen aber ein besonders hohes Verbreitungsrisiko von Krankheitserregern im Pflanzenbestand über die Nährlösung.

• Prävention durch Hygiene bleibt die wirksamste Maßnahme – von der Beseitigung und Entsorgung von Pflanzenresten bis zur Desinfektion des Bewässerungswassers.

Viele Gemüseerzeuger verbinden Virusübertragungen in erster Linie mit Insekten wie Blattläusen oder Weiße Fliegen. Doch nicht zu unterschätzen ist, dass sich viele Pflanzenviren auch ohne Insekten ausbreiten – allein über Wasser, Boden oder organisches Material. Eine solche vektorlose Ausbreitung von Viren kann unterirdisch erfolgen, wenn Viren aus den Wurzeln oder aus verrottenden Resten infizierter Pflanzen in das umgebende Medium freigesetzt werden und anschließend von den Wurzeln gesunder Pflanzen über kleine Wunden, die natürlicherweise während des Wachstumsprozesses entstehen, aufgenommen werden. Insbesondere im Intensivanbau hat mit der Einführung moderner hydroponischer Anbauverfahren diese Art der vektorlosen Übertragung in der Praxis an Bedeutung gewonnen. Stabile, mechanisch übertragbare Viren könnten leicht mit dem Bewässerungswasser bzw. der Nährlösung im Pflanzenbestand verbreitet werden (Abb. 1) Hinzu kommt, dass viele Viren durch einfachen mechanischen Kontakt von infizierten Pflanzen auf Maschinen oder Werkzeuge oder Kleidung des Menschen gelangen können und von diesen kontaminierten Materialen wiederum durch einfachen Kontakt auf gesunde Pflanzen übertragen werden können und zu einer Verbreitung der Erkrankung führen. Während der Gefahr einer Einschleppung und Ausbreitung durch infizierte Samen, Zwiebeln, Knollen oder Pollen mit der Verwendung von zertifiziertem virusfreiem Saat-/Pflanzgut sehr gut entgegengewirkt werden kann, stellen die zuvor genannten stillen, quasi unsichtbaren Übertragungswege über kontaminierte Materialen eine große Herausforderung dar.

Abb. 1: Verbreitung von stabilen Pflanzenviren durch die Übertragung dieser Viren mit Bewässerungswasser bzw. Nährlösung in einem rezirkulierenden hydroponischen Anbausystem.

Und übrigens…die vektorlose Übertragung ist nichts Neues. Bereits 1898 hatte Beijerinck, der Vater der modernen Pflanzenvirologie, beobachtet, dass Tabakpflanzen mit dem Tabakmosaikvirus (TMV) infiziert wurden, wenn sie in Töpfen gezüchtet wurden, denen er kleine Stücke Erde hinzugefügt hatte, in denen zuvor TMV-infizierte Pflanzen gewachsen waren. Er kam zu dem Schluss, dass das Virus aus den infizierten Pflanzen freigesetzt worden war und dass gesunde Pflanzen in der Lage waren, es aus dem Boden aufzunehmen.

Virusinfektionen können zu starken Wachstumsbeeinträchtigungen und Ertragsverlusten und/oder zu einer Minderung der Qualität und des Marktwerts der Pflanzenprodukte führen, die beispielsweise Mängel in ihrer Form, Farbe, ihrem Geschmack oder ihrer Haltbarkeit aufweisen können (Abb. 2). Die Reaktion von Pflanzen auf Virusinfektionen kann je nach der Pflanzenart/-sorte, dem Alter der Pflanzen, der Virusart/-stamm und den Umweltbedingungen von symptomfrei bis schwerwiegend oder sogar absterbend reichen. Die durch Virusinfektionen verursachten Ertragsverluste bei verschiedenen Kulturpflanzen werden auf mehrere Milliarden Dollar pro Jahr geschätzt. Genaue Berechnungen sind jedoch schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, da die meisten verfügbaren Daten auf kleinen Versuchen beruhen, die eher in Jahresberichten veröffentlich werden und unzureichend international zugänglich sind. Oft gibt es Unterschiede bei der Erfassung und Messung, was eine vergleichbarkeit erschwert. Zudem können die Verluste durch ein bestimmtes Virus in einer bestimmten Kulturpflanze von Jahr zu Jahr, von Region zu Region und in Abhängigkeit vom Vorhandensein anderer Krankheitserreger variieren.

Abb. 2: Schäden - Farb- und Formveränderungen - an virusinfiziertem Gemüse. A: Tomato brown rugose fruit virus infizierte Tomate, B: Tomato spotted wilt virus infizierte Tomate, C: Leek yellow stripe virus infizierter Porree, D: gesunde (oben) und Tomato spotted wilt virus infizierte Zucchini unten, E: Cucumber green mottle mosaic virus infizierte Gurke.

Virusübertragung über Wasser

Blicken wir mal kurz zurück. Pflanzenviren wurden in Teichen, Gräben, Bächen, Flüssen, Seen und anderen Oberflächengewässern sowie im Meerwasser nachgewiesen und die entsprechenden Untersuchungen beginnend mit den 1980er Jahren veröffentlicht. Einige der in Oberflächengewässern gefundenen Pflanzenviren sind seit langem als Krankheitserreger aus verschiedenen Kulturen bekannt, während für andere die natürlichen Wirte noch nicht bekannt sind.

So wurde das für Pflanzen hochansteckende Tomatenmosaikvirus (ToMV), dass viele verschiedene Kulturpflanzen infiziert, sogar in altem Gletschereis und in Wolken und Nebel gefunden wurde. Das Virus wurde in mehr als der Hälfte der untersuchten Nebelproben auf dem Gipfel eines Berges im Bundesstaat New York und entlang der Küstenregionen im Nordosten der USA nachgewiesen. Die Forscher haben den Schluss gezogen, dass mit ToMV kontaminierte Bodenpartikel als Wolkenkondensationskerne dienen können und dass eine atmosphärische Ausbreitung des Virus ohne Vektoren als Mittel zum Ferntransport für stabile Viren wie ToMV dienen kann. Die Corona-Pandemie bzw. das ursächliche Cornavirus (SARS-CoV-2) hat uns in den letzten Jahren gelehrt, wie schnell und effizient eine Infektion über Aerosole oder Tröpfchen erfolgt und zu einer hohen Infektionsrate in der Bevölkerung führt.

Menschliche Aktivitäten können die Menge der in der Umwelt vorhandenen Pflanzenviren erhöhen. Es ist seit langem bekannt, dass Erntereste wie beispielsweise solche von Tomaten, Gurken, Paprika, Erdbeeren, Wurzelgemüse und Spargel Infektionsquellen für die nachfolgende Kulturpflanze sind. Das Wasser aus einem Teich, in den das Drainagewasser aus kompostierten, mit dem Gurkenmosaikvirus (CGMMV) infizierten Gurken geleitet worden war, wurde als Infektionsquelle für Gewächshausgurken identifiziert. In den Niederlanden wurde CGMMV auch im Drainagewasser aus Gewächshäusern mit infizierten Pflanzen nachgewiesen. Komposthaufen und Deponien mit unverkauftem und infiziertem Gemüse in direkter Nachbarschaft zu Bewässerungsgräben und anderen setzten die Pflanzenviren über mehrere Monate hinweg frei. Bemerkenswert ist die Stabilisierung von Viren durch eine offenbar pH- und salzabhängige Adsorption an Pflanzenresten und anderen organischen Stoffen oder an organischen und anorganischen kolloidalen Materialien, Tonpartikeln usw., was von mehreren Wissenschaftlern bestätigt wurde.

Auch Kläranlagen erwiesen sich als reichhaltige Quelle für bestimmte Pflanzenviren. Dies ist nicht überraschend, da mehrere Pflanzenviren wie beispielsweise Tomato bushy stunt virus (TBSV) und Cucumber green mottle mosaic virus (CGMMV), ihre Infektiosität auch nach dem Durchlaufen des Verdauungstraktes von Menschen bzw. Rindern beibehalten. In einer Studie zur Virusvielfalt in menschliche Fäkalien fanden Forscher mehr als 30 verschiedenen Pflanzenviren. Das mit Abstand am Häufigsten vorkommende Virus war das Pepper mild mottle virus (PMMoV). Dieses Virus behielt seine Infektiosität für mehrere Wirtspflanzen wie beispielsweise Paprika. Das Auftreten von PMMoV in menschlichen Fäkalproben aus den USA und Singapur wurde auf die Ernährung zurückgeführt, da es auch in abgefüllten Chilisaucen und Chilipulver nachgewiesen wurde. Mit einer anderen Studie wurde gezeigt, dass PMMoV in den USA hochfrequent in Abwässern vorkommt. Das Vorkommen ist scheint auf menschliche Fäkalien geschränkt zu sein. In Fäkalien von Schweinen, Kühen, Pferden, Schafen, Hunden, Waschbären und Truthähnen wurde es nicht gefunden wurde; lediglich im Kot von Hühnern und Möwen. Somit kann das Virus als Indikator für menschliche Fäkalienverschmutzungen in Küsten- und Seengebieten eingesetzt werden. In Deutschland wurde PMMoV ebenfalls reichlich in Abwasser- und Wasserproben aus dem Rhein und der Ruhr nachgewiesen und die Eignung als Indikator für Fäkalienverschmutzung in Oberflächengewässern bestätigt. In Frankreich wurde PMMoV in Lebensmitteln mit Paprika sowie in Stuhlproben von Patienten nachgewiesen, die unter Fieber, Bauchschmerzen und Juckreiz litten und seropositiv auf Anti-PMMoV-IgM-Antikörper getestet wurden. Diese Beobachtungen scheinen darauf hinzudeuten, dass PMMoV beim Menschen klinische Symptome verursachen könnte.

Unter natürlichen Bedingungen kann die Effizienz der vektorlosen Übertragung von Pflanzenviren über Wasser und Boden aufgrund der starken Verdünnung der Viruspartikeln in der Umgebung relativ gering sein. Dies ist in großen gartenbaulichen Monokulturen anders, insbesondere wenn geschlossene rezirkulierende-Bewässerungstechniken eingesetzt werden. Diese ebenso wie Bewässerungsanlagen für Freilandkulturen, die mit Oberflächen-wasser insbesondere solchem aus Entwässerungsgräben gespeist werden, tragen häufig Pflanzenkrankheitserreger in den Pflanzenbestand ein, oder verbreiten diese darin. Und bei Virusinfektionen geht es schneller als man vermutet. Eine einzelne virusinfizierte Pflanze kann so über die Kulturzeit viele weitere Pflanzen infizieren und das gesamte Bewässerungssystem – Tanks, Rohre, Schläuche und Tropfer - kontaminieren. Und bei Virusinfektionen geht es schneller als man vermutet. So reichen – wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden - häufig wenige Wochen oder Monate, um den Großteil an Pflanzen in einem Gewächshaus zu infizieren.

Eine beträchtliche Anzahl von Pflanzenviren breitet sich schnell aus, wenn Nährstofffilmtechniken (NFT) und andere geschlossene Systeme, wie z. B. Ebbe-Flut-Systeme, mit zirkulierenden Nährlösungen eingesetzt werden. In einem NFT-Modellaufbau wurde nachgewiesen, dass ToMV von einer einzigen infizierten Tomatenpflanze über den Boden in das Nährmedium gelangte und innerhalb von zwei bis sieben Wochen die anderen Tomatenpflanzen im Aufbau infizierte. Ähnliche Beobachtungen zur Ausbreitung kennen wir auch in erdlosen Kulturen von ToMV, Cucumber mosaic virus (CMV), CGMMV und Pepino mosaic virus (PepMV). In kurzer Zeit sind Viren in Wurzel nachweisbar und bald danach in oberirdischen Pflanzenteilen und in der Nährlösung. Viele Viren sind in der Nährlösung über sehr lange Zeit infektiös.

Checkliste: Betriebshygiene gegen Pflanzenviren im Gemüsebau

Pflanzgut

• Nur zertifiziertes, virusfreies Saat- und Pflanzgut verwenden

• Lieferungen regelmäßig stichprobenartig prüfen (Gesundheitsstatus, Herkunft)

Werkzeuge & Geräte

• Messer, Scheren, Bindestellen täglich desinfizieren (z. B. mit Peressigsäure, Natriumhypochlorit oder kommerziellen Desinfektionsmitteln)

• Maschinen und Transportwagen regelmäßig reinigen

Wasser & Nährlösungen

• Drainage- und Bewässerungswasser im Hinblick auf eine Kontamination mit Pflanzenviren bewerten und überwachen

• Drainage- und Bewässerungswasser thermisch (Hitze), physikalisch/biologisch (Membran-/Bio-/Sandfiltern, UV-Licht, Hitze) oder chemisch (Ozon, Natriumhypochlorid) desinfizieren

• Keine Ableitung von Drainagewasser in Oberflächengewässer

Kompost & Pflanzenreste

• Reste virusinfizierter Pflanzen nicht dem betriebseigenen Kompost zuführen

• Nur Heißrotte (>70 °C über mehrere Tage) kann Viren zuverlässig inaktivieren

• Besser: externe Entsorgung über thermophile Biogasanlage oder Abfallwirtschaft

Personal & Hygiene

• Hände vor der Arbeit mit Pflanzen waschen und nach der Arbeit waschen und desinfizieren

• Arbeitskleidung regelmäßig wechseln

• Mitarbeitende gezielt im Umgang mit Pflanzenviren schulen

Vektorkontrolle

• Weiße Fliegen, Blattläuse und Thripse konsequent überwachen und bekämpfen

• Biologische Gegenspieler oder nützlingsschonende Präparate einsetzen

Merke: Eine einmal mit einem Pflanzenvirus befallene Pflanze ist nicht heilbar. Nur konsequente Hygiene und Vorbeugung sichern Erträge und Qualität.

geschlossene Bewässerungssysteme

1. Nährstoff-Film Technik (NFT)Dünner Film von Nährlösung fließt kontinuierlich über die Wurzeln der Pflanzen. Häufig in Tomaten, Gurken, Salat.

2. Ebbe-Flut-Systeme Pflanzsubstrat wird periodisch mit Nährlösung überflutet und danach wieder abgelassen. Fördert Sauerstoffversorgung der Wurzeln zwischen den Flutzyklen.

3. Tropfbewässerung mit Rücklauf Tropfer geben Nährlösung direkt an die Wurzeln ab; überschüssige Lösung wird gesammelt, gefiltert und wieder verwendet.

4. TiefwasserkulturPflanzen sind in einem Netztopf auf einer schwimmenden Plattform platziert. Die Wurzeln hängen immer in der Nährlösung und haben so jederzeit optimalen Zugang zu Wasser und Nährstoffen. Eingesetzt beispielsweise bei Salat oder Kräutern. 

5. AeroponikWurzeln hängen in der Luft und werden regelmäßig mit feinem Nährlösungsspray benetzt. Hohe Sauerstoffversorgung, schnelle Wurzelentwicklung, sehr effiziente Ressourcennutzung.

6. KombinationssystemeHybride aus NFT, Ebb-and-Flow oder Tropfbewässerung, je nach Kultur und Betrieb.

Carmen Büttner¹ und Martina Bandte² und Ute Vogler³

^{1, 2}   Humboldt-Universität zu Berlin, ADTI, Fachgebiet Phytomedizin, Berlin, Deutschland

³      Julius Kühn-Institut, Bundesforschungszentrum für Kulturpflanzen, Institut für Pflanzenschutz im Gartenbau und Urbanen Grün, Braunschweig, Deutschland