Wie die Histologie helfen kann, die Sojabohnen-„Anomalie“ auf dem Feld zu verstehen

Der Begriff „Anomalie“ wurde von den ländlichen Erzeugern in der Region BR-163, insbesondere nach der Ernte 2018/2019, häufig verwendet, um eine neue phytosanitäre Situation zu beschreiben, die Sojabohnen in ihrer Reproduktionsphase beeinträchtigt. Laut portugiesischem Wörterbuch wird „Anomalie“ als anormaler, unregelmäßiger oder ungewöhnlicher Zustand definiert.

Daher begannen Landwirte und Techniker, diesen Begriff zu verwenden, um atypische Symptome zu beschreiben, die ab dem Stadium R5.1 beobachtet wurden, wie z. B. Schotenfäule und Stängelbruch, die nicht zu den traditionell anerkannten Krankheiten der Kulturpflanze passten. Die Verwendung des Begriffs ist durch die ungewöhnliche Ausprägung dieser Symptome gerechtfertigt, die vom erwarteten physiologischen Muster für Sojabohnen abweichen.

Schätzungen zufolge könnte der durch die sogenannte Sojabohnen-„Anomalie“ verursachte Schaden in der Region Mittel-Nord von Mato Grosso, abhängig von den klimatischen Bedingungen der Ernte und den verwendeten Sorten, die Produktivität um 16 bis 30 Prozent verringern, was einem potenziellen Verlust von bis zu 59 Millionen Säcken entspricht.

Symptome und Stadien

Erste Symptome treten meist zwischen den Stadien R5.1 und R5.5 auf, wenn sich die Samen noch in der Entwicklung befinden und tastbar sind. Zu diesem Zeitpunkt sind leichte Veränderungen in den Schoten zu beobachten (Abbildung 1A), die trotz ihres scheinbar normalen äußeren Erscheinungsbildes bereits innere Schäden aufweisen. Im weiteren Verlauf des Prozesses können sich im Inneren der Schoten dunklere Läsionen bilden (Abbildung 1B), die oft mit Pilzmyzelwachstum auf den sich noch entwickelnden Samen in Verbindung stehen.

Mit fortschreitender Erkrankung entwickeln die Samen runzelige, ungleichmäßige Samenschalen mit dunkler Färbung und scheinbarem Verlust an spezifischer Masse (Abbildung 1C), wobei ein Teil der inneren Masse erhalten bleiben kann (Abbildung 1D). Diese Veränderungen wirken sich direkt auf die physiologische und gesundheitliche Qualität des Samens aus und beeinträchtigen das Ertragspotenzial der Sojabohnen.

Die Verteilung der Symptome innerhalb der Pflanzenkrone und unter den Samen folgt keinem definierten Muster. Symptomatische Hülsen können in verschiedenen Teilen der Pflanze auftreten, und betroffene Samen sind innerhalb der Hülsen zufällig verteilt – das heißt, nicht alle Samen einer Hülse zeigen zwangsläufig Symptome (Abbildung 2). Im Stadium R6, selbst bei noch geschlossener Hülse, sind Anzeichen einer frühen Samenkeimung zu beobachten, die in späteren Stadien zur Hülsenöffnung führen kann (Abbildung 3).

Laboranalyse

Labordiagnostik an symptomatischen Geweben ergab das Vorhandensein verschiedener Krankheitserreger, wie z. B. Fusarium spp., Diaporthe spp. Es ist Colletotricum spp., was auf eine mögliche Wechselwirkung zwischen biotischen und abiotischen Faktoren in der Ätiologie der Krankheit hindeutet. Obwohl einige Studien die Ursache der Samenfäule auf Arten wie Diaporthe ueckeri e Diaporthe longicollaDiese Hypothese ist in der wissenschaftlichen Gemeinschaft noch immer nicht einhellig anerkannt. Die Debatte ist weiterhin offen, und es gibt unterschiedliche Interpretationen hinsichtlich des Ursprungs und der am beobachteten Symptomkomplex beteiligten Erreger.

Unsere Forschungsgruppe isolierte beispielsweise einen Pilz einer Gattung, deren Art in der internationalen wissenschaftlichen Literatur noch nicht beschrieben wurde. Molekulare Daten deuten darauf hin, dass es sich um einen anderen Phytopathogen handelt als die traditionell mit der Krankheit assoziierten. Diese Erkenntnisse unterstreichen die Notwendigkeit weiterer Forschung und der gemeinsamen Wissenserweiterung zu diesem Thema, insbesondere angesichts der Komplexität des im Feld beobachteten Symptombildes.

Zusätzlich zu den Symptomen der Samenfäule verzeichneten unsere Feldbeobachtungen – die seit der Aussaat in den letzten vier Ernten durchgeführt wurden – auch das Auftreten von Hypokotyledonenschäden und Stängelspaltung (Abbildung 4). Obwohl einige Fachleute diese Erscheinungen als normale physiologische Veränderungen betrachten, wird diese Interpretation durch die botanische Fachliteratur nicht gestützt. Dies unterstreicht die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen zu ihrer Entstehung und ihren Auswirkungen auf die Pflanzenentwicklung.

Daher ist es wichtig, diese Symptome mit der gebotenen fachlichen Sorgfalt zu behandeln und nicht als bloße morphologische Abweichungen abzutun. Eine korrekte Diagnose ist unerlässlich, um wirksame Managementstrategien zu entwickeln und potenzielle Produktivitätsverluste im Zusammenhang mit solchen Vorkommnissen zu minimieren.

In diesem Zusammenhang haben sich Forscher der Universität São Paulo (USP) und der Bundesuniversität Mato Grosso (UFMT) zusammengeschlossen, um die Auswirkungen der Sojabohnen-„Anomalie“ auf verschiedene Pflanzengewebe besser zu verstehen. Als erstes Ergebnis dieser Zusammenarbeit wurde auf dem 39. Sojabohnen-Forschungstreffen (Leonardi et al., 2024) ein erweiterter Abstract veröffentlicht, der histologische und ultrastrukturelle Ansätze zur Analyse des Problems vorstellt.

Für diese Art der Untersuchung sind fortschrittliche Mikroskopietechnologien erforderlich, die eine vergleichende Visualisierung von gesundem und erkranktem Gewebe durch hochauflösende Bilder ermöglichen. Dabei kommen spezifische Farbstoffe zum Einsatz, die mit bestimmten chemischen Gruppen interagieren und so die Hervorhebung von Regionen und Verbindungen von Interesse ermöglichen (Marques; Soares, 2021).

So wurden Proben von Sojabohnenpflanzen (Glycine max) wurden auf der Fazenda 3 Irmãos in Sinop (MT) gesammelt und zur Analyse an die Landwirtschaftsschule „Luiz de Queiróz“ gebracht, wo sie vorbereitet – fixiert (Karnovsky, 1965), mit Toluidinblau gefärbt und unter einem Lichtmikroskop und einem Rasterelektronenmikroskop analysiert wurden.

Probenvorbereitung

Zunächst wurden die Pflanzenproben einer ketonischen Dehydratisierungsreihe in Acetonkonzentrationen von 30 %, 50 %, 70 %, 90 % und 100 % unterzogen und anschließend schrittweise in Harz (Historesin) getaucht, um eine vollständige Durchdringung des Materials und somit eine gute mikroskopische Visualisierung zu gewährleisten. Danach wurden die Proben in Silikonformen gegeben, wo sie mit dem Aushärten des Harzes polymerisierten und Blöcke bildeten. Diese Blöcke wurden mit einem Mikrotom Leica 5460 auf eine Dicke von 7 μm geschnitten, um Objektträger herzustellen. Anschließend wurden die Objektträger mit Farbstoffen angefärbt und unter einem Lichtmikroskop Zeiss AxionVision betrachtet (Abbildung 5).

Forschungsergebnisse

Mithilfe von Mikroskopie und pflanzenhistologischen Techniken aufgenommene Bilder der Stängelregion ermöglichen die Identifizierung von Symptomen, die im Feld durch die Bildung von Rissen in den Pflanzen beobachtet werden, auf Gewebeebene (Abbildung 6).

Es lässt sich analysieren, dass Pflanzen ohne Rissbildung eine intakte äußere Schicht (Epidermis) mit einer Schicht intakter Zellen und Fasern außerhalb des Phloembereichs aufweisen, ohne dass die Leitgefäße beeinträchtigt sind (Abbildung 6A). Bei Pflanzen mit Anomaliesymptomen hingegen entwickelt sich Rissbildung, die zum Verlust der Epidermis führt. Als Reaktion auf diese Schädigung bildet sich ein Heilungsmeristem, ein Versuch der Pflanze, sich zu erholen (Abbildung 6B).

Des Weiteren zeigten die Zellen im Kortex Hypertrophie (Größenzunahme) und Hyperplasie (verstärkte Zellteilung). Schließlich wurden Zelltod, plasmolysierte Zellen und das Vorhandensein von Pilzhyphen beobachtet, die sich in den Zwischenräumen der Zellen entwickelten.

abschließende Gedanken

Viele Fragen zu der „Anomalie“, der Wechselwirkung zwischen Krankheitserreger und Wirt sowie deren Auswirkungen auf die Produktivität bleiben offen. Darüber hinaus bestehen Zweifel hinsichtlich der Pflanzenreaktion: Ist sie ausschließlich auf den Befall durch den Krankheitserreger zurückzuführen oder führt ein anderer Stressfaktor zur Bildung von Rissen an der Pflanzenbasis, die als Eintrittspforte für Pilzinfektionen dienen?

Bei molekularen und morphologischen Analysen wurden bedeutende Fortschritte erzielt, mit dem Ziel, den oder die für das beobachtete Symptombild verantwortlichen Erreger genau zu identifizieren.

Eine genaue ätiologische Charakterisierung ist unerlässlich, um effektivere Bekämpfungsstrategien zu entwickeln und die im Feld festgestellten Produktivitätsverluste zu minimieren. In diesem Zusammenhang erweisen sich Histologie und histochemische Verfahren als wertvolle, sich ergänzende Werkzeuge, die eine detaillierte Analyse der Pathogen-Wirt-Interaktionen in verschiedenen Pflanzengeweben ermöglichen.

Die Integration anatomischer, molekularer und phytopathologischer Ansätze stärkt die wissenschaftliche Grundlage, die notwendig ist, um unser Verständnis der sogenannten „Anomalie“ bei Sojabohnen zu verbessern und vor allem praktische Antworten für den Produktionssektor zu liefern.

von Heloiza Leonardi (Esalq); Carlos Guilherme Theodoro e Gustavo Farias (UFMT); Johannes Paulo Rodrigues Marques (FZEA/USP); Solange Maria Bonaldo (UFMT)

Artikel veröffentlicht in Ausgabe 311 des Cultivar Grandes Culturas Magazine