Metallnanopartikel könnten den Pflanzenschutz revolutionieren

Der Schutz von Pflanzen vor Krankheiten und Schädlingen ist ein riesiges globales Geschäft im Wert von $83.3B im Jahr 2025, mit einer jährlichen Wachstumsrate von 5 %. Ohne wirksamen Pflanzenschutz würden Verluste durch Schädlinge und Krankheiten zusätzlichen Druck auf die Nahrungsmittelversorgung, die Preise und die globale Ernährungssicherheit ausüben.

Der Druck, die landwirtschaftlichen Erträge hoch zu halten, steigt weiterhin, da die Weltbevölkerung voraussichtlich fast 10 Milliarden erreichen wird. Die Deckung dieser wachsenden Nachfrage erfordert eine erhebliche Steigerung der Nahrungsmittelproduktion, die auf über 50–60 % in den kommenden Jahrzehnten geschätzt wird.

Der Pflanzenschutz beruht jedoch nach wie vor stark auf synthetischen Chemikalien, von denen einige in der Umwelt persistent sind, Gewässer verunreinigen oder Rückstände in Lebensmitteln hinterlassen. Deshalb versuchen Forschende, alternative Technologien zu finden.

„Die aktuelle landwirtschaftliche Produktivität wird durch mehrere Faktoren eingeschränkt, darunter Klimawandel, Bodendegradation, geringe Nährstoffnutzungs‑Effizienz und zunehmende biotische sowie abiotische Belastungen. Diese Probleme werden durch den weit verbreiteten Einsatz traditioneller landwirtschaftlicher Praktiken, wie den übermäßigen Gebrauch synthetischer Düngemittel und Pestizide, verschärft, was zu Bodendegradation, Wasserverschmutzung und Verlust der Biodiversität führt.“

Statt nach anderen Chemikalien zu suchen, verfolgt ein neuer Forschungsweg das Potenzial von Nanomaterialien, deren Eigenschaften nicht nur durch ihre Zusammensetzung, sondern durch ihre Struktur auf atomarer Ebene bestimmt werden.

Im Gegensatz zu herkömmlichen chemischen Behandlungen können Nanopartikel eine gezielte Abgabe, kontrollierte Freisetzung und verbesserte Bioverfügbarkeit der Wirkstoffe ermöglichen.

„Nanomaterialien, insbesondere Nanopartikel, besitzen einzigartige physikochemische Eigenschaften, wie eine hohe spezifische Oberfläche, Reaktivität und das Potenzial für funktionelle Modifikationen. Metallbasierte Nanopartikel nehmen aufgrund ihrer hohen biologischen Aktivität einen besonderen Platz unter den Nanopartikeln ein.“

Forscher*innen der ITMO University (Russland) und der Durban University of Technology (Südafrika) haben den Stand der Technik dieser Technologie sowie ihr zukünftiges Potenzial und ihre Grenzen überprüft.

Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse im South African Journal of Botany¹ unter dem Titel „Metallbasierte Nanopartikel für die Biotechnologie: Anwendungen in der Landwirtschaft“.

Nanopartikel & Pflanzenschutz

Antifungale Aktivität

Ein breites Spektrum metallischer Nanopartikel hat in der Landwirtschaft erhebliches Potenzial gezeigt, darunter Zinkoxid (ZnO), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Eisenoxid (Fe₂O₃) und Titandioxid (TiO₂). Sie können durch «grüne» Synthese hergestellt werden, wobei Pflanzenextrakte und Mikroorganismen als umweltfreundliche und kostengünstige Alternative zur Produktion von Metallnanopartikeln dienen.

Ihre wirksamste Wirkung entfaltet sich als antifungale Behandlung, die das Wachstum pathogener Pilze abtötet oder hemmt. Sie wirken, indem sie reaktive Sauerstoffspezies (ROS) erzeugen und die Zellmembranen der Erreger stören.

Quelle: South African Journal of Botany

Genauer gesagt ist Silber eines der wirksamsten Metalle für diese Anwendung und wirkt gegen ein breites Spektrum von Pilz- und Bakterienpathogenen (aus demselben Grund werden Silberionen bereits in Krankenhäusern zur Bekämpfung von Infektionen eingesetzt).

Ein weiteres bekanntes Fungizid ist Kupfer. Es scheint sowohl die Zellwände der Pflanzen zu stärken als auch das Pilzwachstum zu hemmen.

Schließlich sind Titan‑Nanopartikel ebenfalls als wirksam gegen Pilzpathogene bekannt, während Calciumcarbonat‑ und Eisenoxid‑Nanopartikel ebenfalls Potenzial besitzen, jedoch weniger untersucht wurden.

Antibakterielle Aktivität

Der gleiche Nanopartikel kann als antibakterielle Behandlung durch verschiedene Wirkmechanismen wirken: Immobilisierung, Zerstörung der bakteriellen Zellmembran und Erzeugung von oxidativen Molekülen (ROS).

Als Bonus ermöglichen umweltfreundliche Synthesemethoden die Herstellung antibakterieller Nanopartikel, die mit dem Säugetierkörper biokompatibel und somit für die menschliche Gesundheit unbedenklich sind.

Quelle: South African Journal of Botany

Auch hier gehören Silber, aber auch Zink und Kupfer zu den am intensivsten untersuchten Metallen für die Herstellung dieser Nanopartikel. Allein die Teilchengröße bestimmt nicht die Wirksamkeit. In einer Studie zu Kupfer‑Nanopartikeln zeigte die Formulierung mit den kleinsten Teilchen überraschenderweise die geringste antibakterielle Aktivität, was verdeutlicht, dass Zusammensetzung und Oberflächeneigenschaften ebenfalls eine Rolle spielen.

Quelle: South African Journal of Botany

Sie scheinen die vielversprechendsten Metalle für diese Anwendung zu sein, da beispielsweise in einer Studie Eisenoxid‑Nanopartikel die Krankheitsintensität nur um 27 % reduzierten, während Silber 67 % erreichte.

Wirkungen auf Würmer und Insekten

Mehrere metallische Nanopartikel‑Extrakte aus Pflanzen haben sich als wirksam im Kampf gegen Insektenbefall erwiesen, darunter Eisen (Hämatit – Fe₂O₃), Kupferoxid und Zinkoxid. Auch Silbernanopartikel, die aus Pflanzextrakten oder aus Bakterienkulturen gewonnen wurden, die für Insekten toxisch sind, zeigten gute Ergebnisse.

Für diese Anwendung ist der interessanteste Einsatz möglicherweise nicht auf den Feldern, sondern zur Lagerung von Feldfrüchten in Silos, da Getreide und Mehl von Schädlingen befallen werden können. In diesem Zusammenhang werden Aluminiumoxid‑Nanopartikel bereits in kommerziellen Betrieben eingesetzt.

Quelle: South African Journal of Botany

Da jedoch Anwendungen zur Lebensmittelaufbewahrung zu einer höheren Konzentration der Nanopartikel im Endprodukt führen, fordern die Autoren der Studie weitere Analysen, um die Sicherheit dieser Nanopartikel für Säugetiere und Menschen zu gewährleisten.

Ein weiteres Forschungsfeld, das weiterer Untersuchung bedarf, sind unerwünschte toxische Wirkungen auf nützliche Insekten, wie Bienen und räuberische Insekten, die Schädlinge fressen.

Bei Nematoden, kleinen Würmern, die für zahlreiche Pflanzenerkrankungen verantwortlich sind und über 3000 Pflanzenarten befallen, können Nanopartikel ebenfalls helfen. Das ist besonders nützlich, da Nematoden mit herkömmlichen Chemikalien oft schwer zu bekämpfen sind; bereits die Aktivität des Wurzelknoten‑Nematoden (Meloidogyne incognita) führt zu erheblichen Ernteverlusten, die weltweit etwa 100 Mrd. $ betragen.

„Der Einsatz von Metallnanopartikeln könnte eine schnellere und kostengünstigere Lösung für das Schädlingsproblem bieten als teure Chemikalien und genetische Methoden.“

Grüne Silbernanopartikel, die mit Aloe vera-Extrakt gewonnen wurden, können eine Unterdrückung von bis zu 60 % gegen M. incognita erreichen, wobei im in vitro noch stärkere Effekte erzielt wurden.

Ähnlich unterdrückten Eisenoxid-, Titan‑ und Kupfernanopartikel die Entwicklung von M. incognita.

„Experimente an Tomatenpflanzen zeigten, dass die „grünen“ Nanopartikel die größte Aktivität gegen M. incognita aufwiesen: Die Nanopartikel reduzierten die Anzahl der gelegten Eier um 41 % und die Zahl der Gallen (Reproduktionsstellen) um 38 % bei einer Konzentration von 200 mg/L über 45 Tage.“

Weitere Auswirkungen von Nanopartikeln auf Nutzpflanzen

Obwohl die Wirkungen metallischer Nanopartikel auf Krankheitserreger und Schädlinge die wichtigste Anwendung dieser Technologie darstellen, können auch andere biologische Aktivitäten von Bedeutung sein.

Zum Beispiel scheint es, dass niedrige Nanopartikelkonzentrationen das Wachstum fördern, während hohe Konzentrationen toxische Wirkungen haben und physiologische Prozesse hemmen, wobei ein strikt dosisabhängiger Effekt vorliegt.

Quelle: South African Journal of Botany

Sie fördern zudem das Wachstum von Wurzeln und Trieben sowie die Bildung von Carotinoiden und den Chlorophylle a und b.

Dieser Effekt wurde auch mit Goldnanopartikeln untersucht. Beispielsweise wurden Goldnanopartikel eingesetzt, um die Keimung der seltenen Heilpflanze Gloriosa superba. zu verbessern.

Eisen‑ und Molybdännanopartikel wurden sogar gefunden, dass sie die Stickstoffaufnahme von Solanum lycopersicum-Pflanzen verbessern.

Ein weiteres interessantes Feld ist der Einsatz von Nanopartikeln zur Sanierung von Boden- und Pflanzenverunreinigungen mit Schwermetallen: Titandioxid‑ und Selen‑Nanopartikel wurden verwendet, um Weizenpflanzen von Cadmium zu befreien.

Abschließend können Nanopartikel Pflanzen bei Umweltstress unterstützen. Sie können Pflanzen helfen, mit überschüssigem Salz umzugehen, die Photosynthese zu verbessern oder Trockenperioden zu überstehen.

Quelle: South African Journal of Botany

Grenzen & Zukunft von Nanopartikeln in der Landwirtschaft

In‑vitro‑ und begrenzte Laboranalysen haben das Potenzial metallischer Nanopartikel für die Landwirtschaft weitgehend demonstriert, sei es zum Schutz vor Krankheitserregern und Schädlingen oder zur Wachstumsförderung. Die Herstellung dieser Nanopartikel aus Pflanzextrakten ist besonders vielversprechend, da sie sowohl „grüne“ Produktionswege als auch verbesserte biologische Aktivität ermöglichen.

Allerdings muss vor einer großflächigen Einführung ein besseres Verständnis der Auswirkungen auf reale Betriebe gewonnen werden. Insbesondere ist der Einfluss auf Nichtzielorganismen, die in Agrarökosystemen essenzielle Rollen spielen, wie Bienen, andere Bestäuber (Schmetterlinge, Fliegen usw.) und Regenwürmer, noch unklar. Harmlos erscheinende Arten von Nematoden, Pilzen oder Bakterien können ebenfalls unbeabsichtigt geschädigt werden, was die Bodengesundheit sowie den Kohlenstoff‑ und Stickstoffkreislauf beeinträchtigen könnte. Auch die Gesamtpersistenz der Nanopartikel im Boden und in der Umwelt sowie chemische Modifikationen (Aggregation, Sorption, Auflösung, Redox‑Reaktionen, Sulfidierung) könnten von Bedeutung sein.

Die regulatorischen Rahmenbedingungen für diese Produkte sind ebenfalls stark fragmentiert und unzureichend.

Aus Sicht der Agrarchemiebranche wird die Entwicklung artspezifischer, ungiftiger Formulierungen mittels „Safe‑by‑Design“-Strategien erforderlich sein, um eine großflächige Kommerzialisierung zu erreichen.

Dennoch sollten Investoren diese Technologie im Auge behalten, da sie das ökologische Profil von Pestizidherstellern verbessern könnte, während sie die für die Ernährung einer immer stärker bevölkerten Welt erforderliche Effizienz im Pflanzenschutz aufrechterhält.

Investitionen in fortschrittlichen Pflanzenschutz

FMC Corporation

Unter den fünf größten Agrochemieunternehmen (darunter Syngenta, Bayer, Corteva und BASF) zeichnet sich FMC dadurch aus, dass es der einzige reine Spezialist für Pflanzchemie und Biologika ist und keine sekundären Einnahmen aus integrierten Saatgut‑ und Genmerkmal‑Geschäftsbereichen hat.

Anstatt mit ihnen in margenarmen Commodity‑Segmenten zu konkurrieren, priorisiert sein Geschäftsmodell proprietäre, patentierte Chemikalien und spezialisierte Formulierungs‑Expertise, wobei der Fokus seiner innovativen Behandlungen auf Präzisionslandwirtschaft und Biologika (RNA, Pheromone usw.) liegt.

Damit befindet sich das Unternehmen in einer guten Position, neue Formulierungs‑ und Biologie‑Innovationen, wie die in dieser Studie diskutierten Nanopartikel, zu integrieren, obwohl diese noch stark im experimentellen Stadium sind und keinen Teil von FMCs Umsatz ausmachen.

FMCs wettbewerbsfähiges Kronjuwel ist sein Premium‑Insektizid‑Portfolio, wobei Herbizide der zweitgrößte Markt sind. Der Umsatz in Nordamerika und Lateinamerika macht den Großteil des Unternehmensumsatzes aus, gefolgt von den Verkäufen in der EMEA‑Region.

Quelle: FMC

Seine Anbauexposition ist diversifiziert, verankert durch Sojabohnen sowie Obst/Gemüse (je 20 %) und ausgeglichen durch Reis, Mais, Zuckerrohr und Getreide.

Im Jahr 2026 verzeichnete das Unternehmen aufgrund des Verkaufs seiner indischen Tochtergesellschaft einen Rückgang von Umsatz und Ergebnis, während der freie Cashflow positiv blieb. Das Unternehmen strebt an, im Jahr 2026 1 Milliarde $ zu erwirtschaften, um die Verschuldung zu reduzieren.

Doch FMC verzeichnete zudem ein Wachstum von über 50 % beim Verkauf neuer Wirkstoffe, was den Erfolg seiner innovationsorientierten Strategie verdeutlicht, mit steigenden Direktverkäufen an Landwirte in Schlüssel‑märkten wie Brasilien.

Quelle: FMC

Insgesamt ist FMC ein kleineres und stärker saisonal zyklisches Unternehmen als die anderen großen Agrochemiekonzerne, jedoch deutlich fokussierter und stark auf Innovation sowie spezifische Lösungen für bestimmte Kulturen ausgerichtet.

Damit werden hohe Margen ermöglicht, Innovationen aufrechterhalten und Anlegern über die Aktie des Unternehmens Zugang zum Markt für fortschrittlichen Pflanzenschutz verschafft.

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Referenzierte Studie

^{1. Roman Olegovich Shaikenov et al., Metallbasierte Nanopartikel für Biotechnologie: Anwendungen in der Landwirtschaft. South African Journal of Botany. November 2026. Seiten: 124‑139. Band 198. 10.1016/j.sajb.2026.09.013}