Berlin

Mehr Ertrag, besserer Schutz in Trockenzeiten: Wie Bakterien und Pilze Pflanzen und Landwirtschaft helfen

So wie Mikroorganismen den menschlichen Darm bei der Verdauung unterstützen, profitieren auch Pflanzen vom Mikrokosmos im Boden. Bakterien und Pilze helfen dabei, Nährstoffe aufzunehmen, Parasiten und Krankheiten abzuwehren und Dürreperioden zu überstehen.

Jos Raaijmakers vom Dutch Institute for Ecology in Wageningen und Toby Kiers von der Freien Universität Amsterdam fordern nun im Fachblatt Science eine bessere Erforschung dieses Mikrobioms.

Sie schlagen vor, die Mikrobiome von Wildpflanzen, Kulturpflanzen und ihren verschiedenen Sorten zu kartieren und zu vergleichen und diejenigen zu identifizieren, die während der Züchtung beeinträchtigt wurden.

Dann könnten die Wurzelballen von Kulturpflanzen mit genau abgestimmten Mischungen von Mikroorganismen inokuliert werden, um die Erträge zu verbessern oder die Pflanzen vor Trockenheit oder anderen Stresssituationen zu schützen.

Mit der Züchtung ging die Symbiose mit Bodenbakterien und Pilzen verloren

Als die Menschen vor über 10.000 Jahren begannen, nützliche Sorten herzustellen, indem sie Wildpflanzen auswählten, waren sie sich der Bakterien und Pilze, die die Wurzeln unterstützen, nicht bewusst. Die Züchtung erhöhte den Ertrag, die Früchte verloren unappetitliche Bitterstoffe oder ließen sich leichter ernten. Das fein abgestimmte Zusammenspiel der Wurzeln der Weizen-, Mais- oder Reispflanze mit „ihrem“ Mikrobiom im Boden ging jedoch manchmal verloren.

Beispielsweise haben verschiedene Gerstensorten sehr unterschiedliche Mikrobiome im Wurzelbereich und auf den Körnern. Das hat Nina Bziuk vom Julius Kühn-Institut (JKI) in Braunschweig festgestellt, wo bereits das pflanzliche Mikrobiom erforscht wird. Die Mikrobiologin baute Gerste in Erde an, in der sie zuvor die meisten Bakterien und Pilze abgetötet hatte.

In diese fast sterile Erde, die sie zuvor aus dem Wurzelbereich der Gerste auf Ackerland gewonnen hatte, verpflanzte sie dann Mikroorganismen. Die so behandelten Gersten waren deutlich weniger anfällig für die Pilzkrankheit Echter Mehltau als Vergleichskulturen auf nahezu sterilen Böden ohne eine solche Verpflanzung.

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In der Natur locken Pflanzen gezielt Mikroben an, indem sie Aminosäuren, Zucker und andere energiereiche Substanzen aus ihren Wurzeln freisetzen. Unerwünschte Bakterien werden mit Phenolen gehemmt. „Pflanzen investieren teilweise zehn Prozent ihrer Energiebilanz in solche Sekrete“, sagt Bziuks Kollegin am JKI, die Mikrobiologin Doreen Babin: „Raaijmakers und Kiers beschreiben erstmals, wie das Mikrobiom in der Pflanzenzüchtung zu mehr Nachhaltigkeit führen kann Landwirtschaft bekommen“.

Andererseits verbessern diese zugesetzten Mikroorganismen auf schlechten Böden oder bei Trockenheit die Gesundheit der Pflanzen und deren Wachstum.“

Mikrobiologin Doreen Babin

Dieses Wechselspiel zwischen Pflanzen und Mikroben künstlich herbeizuführen, indem man einen Bakteriencocktail einimpft, funktioniert jedoch nicht immer: Auf gutem Boden und unter guten Bedingungen werden die übertragenen Organismen von alteingesessenen Mikroben überwuchert und die Wirkung verpufft. „Andererseits verbessern diese zugesetzten Mikroorganismen die Gesundheit der Pflanzen und ihr Wachstum auf mageren Böden oder bei Trockenheit“, sagt Babin.

Viele Faktoren beeinflussen das Mikrobiom, etwa die Anbaumethode, ob der Boden nur gelockert oder umgepflügt wird, und die Fruchtfolge, die bestimmte Mikroorganismen auf dem Feld für die nächste Saat hinterlassen.

Die für die Mikrobiomforschung notwendigen Techniken stehen nun zur Verfügung: In den Bodenproben können die Bakterien anhand ihrer Erbgutspuren identifiziert und die Genominformationen in großen Datenbanken gespeichert und miteinander verglichen werden. Die Zusammenhänge zwischen den Mikroorganismen im Boden und den Kulturpflanzen lassen sich durch Inokulationsexperimente wie am JKI aufklären. Und auf Testfeldern lassen sich jene Bakterien identifizieren, die den Pflanzen durch Dürre- oder Nässeperioden helfen.

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