Spätfröste: Kälteschutz durch Biostimulanzien

Spätfröste können in der Landwirtschaft erhebliche Schäden verursachen und sind eine ernsthafte Bedrohung für die Ernteerträge und die wirtschaftliche Stabilität der Betriebe. Für diese Kälteeinbrüche sind die jungen Triebe und geöffneten Knospen besonders empfindlich. Problematisch ist die Situation vor allem bei Obst- und Weinkulturen, wo Fröste das junge Gewebe irreversibel schädigen können und so zu erheblich reduzierten Erträgen und Qualitätsverlusten bei der Ernte führen. Abhängig sind Schädigungen an Pflanzengeweben von verschiedenen Faktoren wie z.B. Frostintensität, Dauer des Frosts, Pflanzenart und Entwicklungsstadium. Neben unmittelbaren Auswirkungen auf die Ernten können Frostschäden langfristig die Ursache für Krankheiten, Schädlinge und andere Stressfaktoren sein. Um die Auswirkungen von Spätfrösten zu minimieren sind präventive Maßnahmen wichtig, wie z.B. die Auswahl von kältetoleranten Sorten, die Verwendung von Frostschutzmaßnahmen wie Abdeckungen oder Heizsystemen und die Implementierung von Frühwarnsystemen zur rechtzeitigen Erkennung von Frostgefahren. Diese Maßnahmen sind jedoch kostenintensiv und müssen lange Zeit vor dem Frostereignis geplant werden.

Eigene Schutzstrategien der Pflanzen

Natürlich haben Pflanzen auch eigene Schutzstrategien entwickelt, die ihnen helfen, diesen Temperaturstress besser zu bewältigen. Das können sein:

• Akklimatisation: Pflanzen können Stoffwechselprozesse und physiologische Funktionen an die Gegebenheiten über längere Zeit anpassen. Das passiert durch Anpassung von Enzymaktivitäten, die Regulation von Genen, die Produktion von Antifrost Verbindungen und die Modulation der Zellmembran Lipide.

• Kälteschockproteine (SCPs): stabilisieren die Zellstruktur und sorgen für die richtige Faltung von Proteinen, um die Bildung von Eiskristallen in den Zellen zu verhindern.

• Osmotische Anpassung: durch Erhöhen des osmotischen Drucks in den Zellen kann das Gefrieren von Zellwasser reduziert werden. Dies erfolgt durch Akkumulation von osmotisch aktiven Verbindungen wie Zucker, Polyolen und Aminosäuren, die als Kryoprotektoren wirken.

• Zellwandverstärkung: durch die Akkumulation von strukturellen Polysacchariden wie Cellulose, Hemicellulose und Pektin können die Zellwände gestärkt und ihre Flexibilität verbessert werden.

• Reparaturmechanismen nach Frostschäden: die Pflanzen verfügen über verschiedene Reparaturmechanismen für beschädigte Zellmembranen und Proteine, die Aktivierung von Abwehrreaktionen gegenüber oxidativem Stress und die Induktion von Zelltod-Prozessen in stark geschädigten Zellen.

Biostimulanzien erhöhen die Frostresistenz

Diese pflanzeneigenen Frostschutz Mechanismen können durch Biostimulanzien verstärkt und frühzeitig aktiviert werden. Somit stellen Biostimulanzien eine kostengünstige und effiziente Alternative sowohl zur Prävention vor, als auch zur raschen Hilfe nach Frostereignissen dar. Die rechtzeitige Anwendung von Biostimulanzien ist essentiell, denn es gilt: je früher umso besser, um den Pflanzen ausreichend Zeit zu geben, ihre Frosttoleranz aufzubauen.

Typische Biostimulanzien zur Erhöhung der Frostresistenz sind:

• Huminsäuren: sind organische Moleküle, die natürlich im Boden vorkommen und die Bildung von Antifrostproteinen in den Zellen fördern und den Zellsaftgehalt erhöhen.

• Aminosäuren: sind Bausteine von Proteinen und stimulieren die Produktion von Antioxidantien, stabilisieren die Zellmembranen und regulieren den Wasserhaushalt der Pflanzen.

• Chitosan: ist ein aus Chitin gewonnenes Biopolymer und verbessert die Widerstandsfähigkeit von Pflanzen durch Induzieren der Expression von Genen, die für die Frosttoleranz wichtig sind.

• Mikrobielle Biomasse: das sind Mikroorganismen wie z.B. bestimmte Bakterienstämme oder Mykorrhizapilze, die das Wurzelsystem stärken, die Nährstoffaufnahme verbessern und die Produktion von Wachstumsregulatoren fördern.

• Pflanzenextrakte: durch diese werden die Produktion von Antioxidantien und Stressschutzproteinen stimuliert, die Zellmembranen stabilisiert und die Stoffwechselaktivität der Pflanzen angepasst.

Multikomponentenproduke: Komplexe Biostimulanzien

Komplexe Biostimulanzien bestehen aus mehreren Inhaltsstoffen, wirken synergetisch und bieten eine umfassende Möglichkeit die Frosttoleranz von Pflanzen zu erhöhen, indem sie durch eine Vielzahl von Komponenten unterschiedliche physiologische und pflanzenstärkende Mechanismen unterstützen. Dadurch unterscheiden sie sich auch von "eindimensionalen" Biostimulanzien.

Die Erhöhung der Frostresistenz durch Biostimulanzien beruht auf einer Vielzahl von Mechanismen, die auf zellulärer und molekularer Ebene wirken. Bereits bei niedrigen Temperaturen über dem Gefrierpunkt beginnen Pflanzen ihre Schutzmechanismen zu stärken. Dies gilt nicht nur bei Frost, sondern auch bei anderen Umweltstress-Bedingungen wie Trockenheit, Salzstress oder Hitze. Insgesamt sind Antifrostproteine und Osmoprotektoren Teil der allgemeinen Stressantwort von Pflanzen und werden aktiviert, um die Zellen vor den schädlichen Auswirkungen von Umweltstress zu schützen, unabhängig von den spezifischen Stressbedingungen. Dies erklärt auch, warum Biostimulanzien Pflanzen unter verschiedenen Stress-Situationen schützen können.

Vor dem Frostereignis: Frosttoleranz erhöhen

Biostimulanzien können die Frosttoleranz von Pflanzen durch Mechanismen auf zellulärer und molekularer Ebene erhöhen:

• Stabilisierung der Zellmembranen: durch Fördern der Produktion von Lipiden und anderen Verbindungen, die in Zellmembranen eingebaut werden, können sich Pflanzen vor Frost schützen und Wasserverlust verhindern.

• Erhöhung des Zellsaftgehalt: ein höherer Zellsaftgehalt mit mehr Zucker kann einen niedrigeren Gefrierpunkt bewirken und die Bildung von Eiskristallen in den Zellen verhindern.

• Vermehrte Bildung von Frostschutzproteinen: die Expression von Genen für die Produktion von Frostschutzproteinen wird stimuliert. Diese Proteine wirken als Antifrostmittel und können die Bildung von Eiskristallen in Zellen verhindern bzw. reduzieren.

• Regulieren des Wasserhaushalts: durch das Verbessern der Wasseraufnahme und -retention in den Zellen kann die Dehydration der Zellen während Frost verhindert werden und die Zellintegrität aufrechterhalten bleiben.

• Stimulieren der antioxidativen Abwehrmechanismen: durch Erhöhen der Produktion von Antioxidantien in den Zellen werden freie Radikale neutralisiert und der oxidative Stress reduziert.

Nach dem Frostereignis: Regeneration fördern

Nach Frost Ereignissen können Biostimulanzien die Regeneration und Erholung von Pflanzen fördern durch:

• Stressabbau: durch Induzieren von Stressproteinen und schützenden Verbindungen.

• Stoffwechselstimulierung: Anregung des Stoffwechsels und Erhöhung der Aktivität von Enzymen, die an der Reparatur von geschädigtem Gewebe beteiligt sind.

• Verbesserung der Nährstoffaufnahme: durch Stimulieren der Aktivitäten von Mykorrhizapilzen und Wurzeln wird eine bessere Aufnahme von Nährstoffen aus dem Boden möglich.

• Förderung der Wurzelentwicklung: dadurch bessere Aufnahme von Wasser und Nährstoffen und damit Erhöhung der Widerstandskraft.

• Stimulation der Photosynthese: durch Erhöhung der Chlorophyll Produktion und Verbessern der Lichtabsorption und Lichtnutzung, was die Energieproduktion der Pflanzen steigert und ihre Erholung beschleunigt.