George Stack und Kollegen von der Cornell University und der Colorado State University haben das gezeigt Cannabinoide wie CBD und CBG helfen, Cannabispflanzen gegen Pflanzenfresser zu verteidigen. Die neue Studie liefert Beweise dafür, dass die Produktion dieser Verbindungen für die Pflanzen evolutionär von Vorteil ist. Der Artikel, veröffentlicht in Gartenbauforschungzeigten, dass höhere Cannabinoidkonzentrationen in Hanfblättern zu proportional geringeren Schäden durch Insektenlarven führten. Dies könnte zu Möglichkeiten zur Entwicklung besserer Pestizide führen.

Warum produzieren Pflanzen Cannabinoide?

Die von Cannabispflanzen produzierten Verbindungen, sogenannte Cannabinoide, wurden umfassend auf ihre Auswirkungen auf den Menschen untersucht. Ihre natürliche Funktion und ihr Zweck für die Pflanzen selbst sind jedoch unklar. Mögliche Erklärungen waren der Schutz vor Pflanzenfressern, Krankheitserregern oder sogar ultraviolettem Licht.

„Es wurde spekuliert, dass es sich um Abwehrstoffe handelt, da sie sich hauptsächlich in weiblichen Blüten anreichern, um die Samen zu schützen, was bei Pflanzen ein recht verbreitetes Konzept ist“, sagte er Larry Smart, Pflanzenzüchter und Professor an der Cornell University, in einer Pressemitteilung.

„Aber niemand hat eine umfassende Reihe experimenteller Ergebnisse zusammengestellt, um einen direkten Zusammenhang zwischen der Anreicherung dieser Cannabinoide und ihren schädlichen Auswirkungen auf Insekten zu zeigen“, sagte Smart, leitender Autor der Studie.

Diese spezialisierten Metaboliten werden in Drüsentrichomen produziert und in hohen Konzentrationen im Blütengewebe gespeichert. Um die Hypothese zu testen, dass Cannabinoide dabei helfen, Cannabispflanzen gegen pflanzenfressende Insekten zu verteidigen, führten die Forscher Feldstudien, kontrollierte Fütterungsversuche im Labor und mikroskopische Analysen durch.

Das Team nutzte eine genetisch vielfältige Variante F₂ Bevölkerung von Hanf, der nach Cannabinoidtyp und -konzentration getrennt wird. Diese Variation ermöglichte es ihnen, die Auswirkungen verschiedener Cannabinoidprofile auf die Schädigung und Präferenz von Pflanzenfressern unter denselben Umweltbedingungen direkt zu vergleichen. Durch die Kombination realer Feldbeobachtungen mit sorgfältig kontrollierten Experimenten wollten die Forscher zeigen, ob die Cannabinoidproduktion einen evolutionären Nutzen für Cannabispflanzen bietet.

Cannabinoide reduzieren die Nahrungsaufnahme und das Wachstum von Insekten

Die Forscher fanden in mehreren Experimenten Hinweise darauf, dass höhere Cannabinoidkonzentrationen Cannabispflanzen vor pflanzenfressenden Insekten schützen. In Feldstudien erlitten Hanfpflanzen mit einem höheren Cannabinoidgehalt in ihren Blättern im Verlauf einer Vegetationsperiode weniger Fraßschäden durch Käfer und andere kauende Schädlinge. Das Team führte auch kontrollierte Versuche durch, bei denen man es Raupen des Kohlgreifers erlaubte, sich von Hanfblättern mit entweder hohen oder niedrigen Cannabinoidkonzentrationen zu ernähren. Die Larven fraßen weniger Blattmaterial und nahmen weniger an Gewicht zu, wenn sie cannabinoidehaltige Blätter fraßen.

Das Team stellte fest, dass die Cannabinoide ein Problem für die Pflanzenfresser darstellten. Dazu fügten sie einer künstlichen Insektennahrung unterschiedliche Dosen der Verbindungen CBDA und CBGA hinzu. Die Raupen zeigten eine verringerte Überlebens- und Wachstumsrate im Verhältnis zur Dosis an Cannabinoiden, die ihrer Nahrung zugesetzt wurde. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass Cannabinoide Pflanzenfresser direkt durch Effekte nach der Einnahme abschrecken und nicht nur dadurch, dass sie den Pflanzen einen schlechten Geschmack verleihen.

„Die Studie gibt uns Einblicke in die Funktionsweise von Cannabinoiden in natürlichen Systemen und kann uns dabei helfen, neue THC-kompatible Hanfsorten zu entwickeln, die diese natürlichen eingebauten Abwehrkräfte gegen Pflanzenfresser aufrechterhalten“, sagte George Stack, Postdoktorand in Smarts Labor und der erste der Arbeit Autor.

Untersuchen, wie sich unterschiedliche Cannabinoidspiegel auf die Abwehr auswirken

Für ihre Studie verwendeten die Forscher eine vielfältige Hanfpopulation mit natürlichen genetischen Variationen im Cannabinoidspiegel. Mithilfe der Rasterelektronenmikroskopie beobachtete das Team bemerkenswerte Unterschiede in der Struktur der Drüsentricome zwischen Hanfpflanzen mit hohen und niedrigen Cannabinoidkonzentrationen. Die Trichome schienen bei den Chemotypen mit niedrigem Cannabinoidgehalt deformiert und kollabiert zu sein. Dieses Ergebnis ist von Bedeutung, da die Cannabinoide in diesen Drüsentrichomen produziert werden.

In Fütterungsversuchen war die Wahrscheinlichkeit, dass Raupen von Kohlschleifern an der Unterseite von Blättern mit höherem Cannabinoidgehalt fraßen, geringer. An der Unterseite der Blätter sind die Drüsentrichome am dichtesten. Dies deutet darauf hin, dass sowohl Cannabinoide als auch die physikalische Struktur der Trichome zur Abwehr von Insektenschädlingen beitragen könnten. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um diese Faktoren auseinanderzuhalten. Nichtsdestotrotz zeigte die Studie überzeugend, dass die Herbivorie bei Hanf mit hohem Cannabinoidgehalt unter Verwendung einer vielfältigen genetischen Population reduziert wurde.

Zukünftige Forschung muss innerhalb der bundesstaatlichen Grenzen arbeiten

Das Cornell-Programm kann aufgrund einer bundesstaatlichen Anordnung nicht mit Pflanzen mit hohem THC-Gehalt (der berauschenden Verbindung, die in Marihuana enthalten ist) funktionieren, daher wurde THC als Pestizid in dieser Studie nicht getestet.

„Der potenzielle Einsatz von Cannabinoiden als Pestizid ist ein spannendes Gebiet für die zukünftige Forschung, aber aufgrund der pharmakologischen Aktivität der Verbindungen wird es sicherlich regulatorische Hindernisse geben, und es sind weitere Studien erforderlich, um zu verstehen, gegen welche Schädlinge Cannabinoide wirksam sein werden“, sagte Stack , im Cornell Chronicle.

Weitere in dem Papier erwähnte Forschungsarbeiten untersuchen, wie sich Cannabinoide auf andere landwirtschaftliche Schädlinge wie Blattläuse auswirken, die Blätter durchbohren, anstatt sie zu kauen. Der Schutznutzen kann auch davon abhängen, welche Pflanzengewebe und Entwicklungsstadien von verschiedenen Schädlingen befallen werden.

Obwohl das Potenzial für die Entwicklung eines besseren Pestizids besteht, wird es jedoch Grenzen haben. In der Pressemitteilung heißt es, dass Pestizide nur bei nicht essbaren Pflanzen eingesetzt werden dürften, „angesichts der pharmakologischen Eigenschaften der Verbindungen, zu denen CBD, THC und ihre Vorstufe CBG gehören.“

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Stack, GM, Snyder, SI, Toth, JA, Quade, MA, Crawford, JL, McKay, JK, Jackowetz, JN, Wang, P., Philippe, G., Hansen, JL, Moore, VM, Rose, JKC und Smart, LB (2023)“Cannabinoide wirken bei der Abwehr gegen kauende Pflanzenfresser Cannabis sativa L" Gartenbauforschung. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/hr/uhad207.

Titelbild: canva.