Report Pflanzenschutz

Biologie braucht viel Feingefühl


Syngenta

Der biologische Pflanzenschutz bietet neue Möglichkeiten. Die Entwicklung von Produkten für die Praxis ist jedoch aufwendig und erfordert viel Know-how. Das Potenzial ist groß, der Weg dahin noch weit. Erste Produkte erwartet Syngenta in Europa ab 2022.

Der biologische Pflanzenschutz rückt für viele Hersteller noch mehr in den Fokus. Syngenta arbeitet schon seit vielen Jahren in diesem Segment. Etwa 300 Mitarbeiter aus 25 Nationalitäten sind im Forschungszentrum in Stein im Kanton Aargau in der Schweiz beschäftigt und arbeiten an der Entwicklung synthetischer und biologischer Pflanzenschutzmittel.

Breites Know-how ist wichtig

Die Schwerpunkte in der Syngenta-Forschung nach Biologicals sind die Bekämpfung von Insekten, Pilzen, Nematoden sowie abiotischem Stress in Feldkulturen wie Weizen, Mais und Soja sowie Obst und Gemüse. Wissenschaftler mit den verschiedensten Hintergründen suchen und erforschen biologische Wirkstoffe mit neuen Wirkmechanismen und deren Potenzial – sogenannte Biologicals – zur Biokontrolle und Biostimulation. „Ein breites Wissensspektrum ist angesichts der Vielfalt an Biologicals sehr wichtig, um das Zusammenspiel zwischen Organismen, Extrakten, Pathogenen, Pflanzen und Umgebung sowie die Wirkung verstehen zu können“, erklärt Dr. Matthias Brandl, Leiter Forschung und Entwicklung Biologicals.

Die meisten Tests werden in den Gewächshäusern gemacht, aber auch Feldversuche in der Umgebung des Forschungszentrums sind möglich. Die Forschung ist aufwendig und sehr anspruchsvoll. Pflanzenmaterial, Schädlinge wie Insekten, Pilze, Nematoden, aber auch Biologicals wie Pflanzenextrakte und Bakterien, Pilze und Viren müssen sorgfältig unter hohen Sicherheitsanforderungen angezogen und in den Gewächshäusern gezielt ausgebracht werden. Denn die Versuche müssen auch reproduzierbar sein. Die Gewächshäuser mit einer Fläche von gut 5700 m2 sind auf dem neuesten Stand der Technik. Sicherheitsschleusen lassen keinen noch so kleinen Organismus nach draußen.

Hightech für präzise Spritzapplikation.
Foto: Syngenta
Hightech für präzise Spritzapplikation.

Pflanzenqualität zählt

Hightech-Maschinen screenen die Effekte der möglichen Wirkstoff-Kandidaten und ermitteln, wenn eine Wirkung festgestellt worden ist, die Dosis in Verdünnungsreihen. Dabei wird eine Unmenge an Daten gesammelt, die ausgewertet werden müssen. Etwa 150000 Tests werden pro Jahr mit ausgewählten Stämmen und Kandidaten nach einem ausgeklügelten Zeitplan gemacht, um die Roboterkapazitäten voll auszunutzen. Wie Pflanzen auf abiotischen Stress wie zum Beispiel Trockenheit reagieren, wird in den mehr als 100 Klimakammern getestet, wobei zeitweise jede einzelne Pflanze automatisch fotografiert wird. Aus verschiedenen Parametern wie der Verzweigung oder der Wurzelmasse werden dann mögliche zukünftige Ertragseffekte abgeleitet.

Die Versuchsreihen stellen zudem hohe Ansprüche an die Insektenzucht oder die Pflanzenqualität. Denn beispielsweise Blattläuse spüren den Unterschied, ob die Sonnenblumen im Winter oder im Sommer herangezogen worden sind, erklärt Gruppenleiter Insektenbiologie Patrik Hoegger. Zehn Gärtner produzieren etwa 10 Millionen Pflanzen pro Jahr stets in gleichem Alter, Größe und ohne Schädlinge und Pflanzenschutzmittel. In Stein werden auch Pilze und Insekten für die Tests selbst gezüchtet. Das reicht vom Apfelwickler, Kohlmotte über die Stinkwanze bis zur Zikade, wobei die Schwierigkeitsgrade bei der Zucht sehr unterschiedlich sind. So ist die Zucht des Apfelwicklers aufwendiger als die von Kohlmotten, erklärt Hoegger weiter. Rund 50 Millionen Insekten, Milben und Nematoden werden pro Jahr im Forschungszentrum gezüchtet.

Wirkung muss zuverlässig sein

Biologicals müssen zudem eine Reihe von Anforderungen erfüllen: Vor allem die Aktivität muss überzeugen. Früher wurden Biologicals im Markt sehr kritisch beäugt, da sie zwar eine Wirkung entfalten können, aber nicht immer so zuverlässig wie gewünscht, erinnert sich Brandl. „Man wusste einfach zu wenig über die Wirkweisen. Heute ist das anders. Man hat viele Informationen über die verschiedensten Arten und Stämme gesammelt, kennt beispielsweise ihren Stoffwechsel genau und die DNA kann man ohne Probleme zur Stammcharakterisierung oder -bestimmung sequenzieren.“

Darüber hinaus müssen die biologischen Produkte auch in die normale Landwirtschaftspraxis passen. Sie sollten ein bis zwei Jahre gelagert werden können. Auch Tankmischungen sollten möglich sein, so Brandl. Lebende Organismen müssen zudem draußen im Feld noch biologisch aktiv sein, ergänzt Hoegger. Bei Pflanzenextrakten sei das Handling einfacher.

Alternative Ansätze

Biologicals bieten sehr viele Möglichkeiten zur Bekämpfung von unliebsamen Insekten oder Pflanzenkrankheiten. Sie werden in vier Klassen eingeteilt:

  • Pflanzenextrakte
  • Makroorganismen wie Insekten
  • Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze und Viren
  • RNA-basierte Biologicals. Dabei wird Doppelstrang-RNA auf der Pflanze verteilt, die die Erreger oder Schädlinge aufnehmen. Die RNA stoppt dann die Synthese essenzieller Proteine und legt so das Pathogen lahm. Die RNA-Forschung wird aber nicht in Stein, sondern im belgischen Gent betrieben.

Das Timing ist entscheidend

Darüber hinaus zählt nach Erfahrung von Hoegger das Timing bei der Ausbringung. Und die Anwender müssten zum Beispiel wissen, wie sich Pathogen- und Insektenpopulationen entwickeln, welches Stadium gerade vorhanden ist oder auch, welches Pathogen genau bekämpft werden soll. Biologische Wirkstoffe seien spezifischer als synthetische Wirkstoffe, bräuchten aber häufig auch mehr Zeit, um ihre volle Wirkung zu entfalten, so Hoegger.

Die Insekten- und Nematodenkontrolle ist für Hoegger die größte Herausforderung, da sich das meiste – unsichtbar für den Forscher und den Landwirt – im Boden abspielt. Bei fliegenden Insekten sind Freilandversuche auch für den erfahrenen Experten Hoegger „eine Kunst für sich“. Voraussetzung für einen Freilandversuch ist grundsätzlich, dass es einen natürlichen Befall gibt. „Und es darf kein anderes Pathogen vorhanden sein“, erklärt Hoegger weiter. Versuche mit nicht natürlich vorkommenden Pathogenen können ohnehin nur in den Quarantänekammern durchgeführt werden.

Gemeinsam näher zum Ziel

Syngenta betreibt biologische Forschung aber nicht nur in Stein. Das ist ein weltweites Thema, so Brandl. Auch in den USA im Research Triangle Park in North Carolina, im britischen Jealott’s Hill sowie im belgischen Gent wird an Biologicals geforscht. Darüber hinaus setzt Syngenta zur Erweiterung des eigenen Portfolios auf Lizenzierungen, Zukäufe und Kooperationen. In den USA hat Syngenta schon 2009 die Afla-Guard-Technologie gekauft. Sie basiert auf dem Pilz Aspergillus flavus, der selbst kein giftiges Aflatoxin bilden kann, aber Aflatoxin-bildende natürliche Pilzpopulationen durch rasantes Überwachsen schlichtweg verdrängt. Afla-Guard ist in den USA in Mais und Erdnüssen zugelassen. 2012 hat Syngenta das US-Start-up-Unternehmen Pasteuria Bioscience gekauft, welches eine biologische Saatgutbeize entwickelt hat und gegen Zystennematoden in Sojabohnen schützt. Seit 2015 kooperiert Syngenta mit der holländischen DSM, einem Hersteller von Enzymen sowie Zusatzstoffen für die menschliche und tierische Ernährung, um neue biologische Wirkstoffe und Mechanismen zu identifizieren. DSM steuert seine Stammsammlung, sein Wissen um Analytik und Fermentation sowie In-vitro-Produktion bei und Syngenta sein Know-how um In-vivo-Forschung, Feldversuche sowie Registrierung, Marketing und Vertrieb.

Versuchsreihen müssen reproduzierbar sein.
Foto: Syngenta
Versuchsreihen müssen reproduzierbar sein.

Markt weltweit im Wachsen

Im Marktsegment der Biokontrolle steckt Potenzial. 2018 betrug der Markt weltweit 1,8 Mrd. US-$, 2030 könnten es bereits 7 Mrd. US-$ sein. Im Vergleich zum Gesamtpflanzenschutzmarkt von rund 50 bis 55 Mrd. US-$ ist der Anteil allerdings immer noch klein. Neue biologische Wirkstoffe könnten ab 2022 bis 2024 marktreif sein, prognostiziert Brandl. Mit geschätzten 42 Prozent würde nahezu die Hälfte der Produkte auf Basis von Mikroorganismen entwickelt, wobei davon wiederum Bakterien und Pilze den größten Anteil haben werden, weil hier eine immense Diversität vorhanden ist und diese Organismen auch einfacher in großen Mengen zu produzieren sind.

Erste neue Produkte erwartet er in Europa, da dort „der Handlungsdruck am größten ist“. Die Entwicklung für Biologicals liegt laut Brandl so bei etwa acht Jahren je nach Umfang und kostet zwischen 40 und 50 Mio. €. Für synthetische Pflanzenschutzmittel werden im Schnitt 220Mio.€ aufgewendet. Der Vorteil von Biologicals ist, dass sie in der Regel nicht auf chronische Toxizität untersucht werden müssen, wenn der Biokontrollorganismus natürlich vorkommt, keine adversen Effekte zeigt sowie Pathogenitäten und andere negativen Effekte nicht beschrieben sind. Das bringe bei der Registrierung eine gewisse Zeitersparnis, so Brandl.

Bislang werden sie vorwiegend in Sonderkulturen wie Obst und Gemüse eingesetzt. Da gebe der Lebensmitteleinzelhandel die Richtung vor. Langfristig könnten aber auch noch weitere Ackerkulturen hinzukommen. „Im Segment der Mikroorganismen steckt noch so viel Potenzial, das ist noch lange nicht ausgeschöpft“, ist Brandl überzeugt. Noch kaum Lösungen gebe es aber für die Unkrautbekämpfung. Eine der künftigen Herausforderungen sei es, selektive Biologicals zu finden, die man spritzen und auch bei Mischverunkrautung einsetzen könne. Biologicals sind für Brandl dennoch „kein Allheilmittel“, sondern bleiben eine wichtige und an Bedeutung zunehmende Ergänzung zum synthetischen Pflanzenschutz.

Geballte Kompetenz

Im Syngenta Forschungszentrum in Stein wird an der Erforschung und Entwicklung sowohl biologischer als auch synthetischer Pflanzenschutzmittel geforscht. Mehr als 300 Mitarbeiter aus 25 Nationalitäten sind dort beschäftigt. Im Bereich Chemie werden pro Jahr mehr als 5000 neue Moleküle synthetisiert sowie zwischen 15 und 20 Projekte mit neuen Wirkungsmechanismen bearbeitet.

In der biologischen Forschung werden rund 2000 Moleküle pro Monat in 105 Glashauszellen charakterisiert. Syngenta hat auch in den vergangenen Jahren in diesen Bereich einiges investiert. Seit dem Jahr 2000 wurden rund 250 Mio. US-$ investiert und zwischen 2014 und 2015 noch einmal 48 Mio. US-$. 

Die Kommentare für diesen Artikel sind geschlossen.

stats