Von Bakterien und Pflanzen

Bakterien werden meist mit Negativem assoziiert: Sie leben im Schmutz, machen uns krank, verderben unser Essen. Deren enorme Wichtigkeit für die Gesundheit von Menschen und Pflanzen wird aber zunehmend anerkannt. Dabei erschweren die Komplexität der Interaktionen und die Tatsache, dass die meisten Bakterien nicht im Labor zu kultivieren sind, eine umfassende Analyse ihrer Wirkungen. Eine neue Studie versuchte etwas mehr Licht ins Dunkel zu bringen.

Der Boden ist vermutlich der am dichtesten besiedelte Ort auf der Erde. Neben Pflanzen(-wurzeln), Würmern, Insekten und Pilzen sind Bakterien hier reichlich vorhanden. Schätzungsweise enthält ein Gramm trockener Erde circa zehn Milliarden Mikroorganismen. Ungefähr Eintausend unterschiedliche Arten tummeln sich auf engstem Raum. Vor allem Bodenbakterien wie Streptomyzeten.

#####1#####

Genau diese Komplexität macht eine umfassende Analyse des Bodenmikrobioms sehr schwierig. Zwar ist bekannt, dass einzelne Bakterien einen positiven Effekt auf Pflanzen ausüben. Eines der bekanntesten Beispiele sind die Knöllchenbakterien (Rhizobien). Sie sind in der Lage, Stickstoff aus der Atmosphäre in eine biologisch verfügbare Form umzuwandeln (zu „fixieren“). Dadurch unterstützen sie das Pflanzenwachstum - im Tausch gegen Zuckermoleküle. Andere Bakterien schützen Pflanzen vor Trockenheit oder Krankheiten. Doch wie sich die Gesamtheit der Bakterien im Boden auf Pflanzen auswirkt bleibt meist unklar.

Geben und Nehmen

Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Pflanzen sind komplex. Sie sind von dem gegenseitigen Austausch von Signalmolekülen und Stoffwechselprodukten geprägt. Durch Exsudate beeinflussen Pflanzen das Mikrobiom um die Wurzeln herum (die sogenannte Rhizosphäre). Einige Bakterien selbst schütten das Pflanzenhormon Indol-3-Essigsäure (engl.: indole-3-acetic acid, IAA) aus und treiben das Pflanzenwachstum an.

In einer Studie untersuchten Forscher die Auswirkung von mehreren Bakterienarten auf das Indische Basilikum (Ocimum sanctum). Dafür waren sie weniger an den genauen Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Pflanze interessiert, sondern eher an den ganzheitlichen Effekten des Mikroben-Cocktails auf das Wachstum ihres grünen Wirtes.

Mehr Bakterien für mehr Wachstum

Die Forscher sterilisierten den Boden und fügten anschließend unterschiedliche Bakterienmischungen hinzu. Für den Mikroben-Cocktail nutzten sie zwei bis zu zwölf unterschiedliche Bakterienarten. Neben der Produktion von CO₂ im Boden maßen sie die Biomasse des Basilikums (Trockengewicht) nach zwei Monaten.

Grundsätzlich fanden die Forscher heraus, dass beide Indikatoren mit mehr Bakterien im Boden zunehmen. Die Produktion von CO₂ ist ein direkter Hinweis auf die Stoffwechselaktivität der Bakterien: Eine Zunahme, wenn sich mehr Mikroben im Boden befinden bedeutet, dass sie sich nicht gegenseitig bekämpfen oder abtöten. Mehr Biomasse mit mehr Bakterien heißt, dass sie das Pflanzenwachstum fördern.

Es kommt auf die Zusammensetzung des Mikroben-Cocktails an

Die Wissenschaftler beobachteten einen Unterschied im Pflanzenwachstum in Abhängigkeit mit der Anzahl, aber auch mit den Eigenschaften der Bakterien, die sie benutzten. Sie teilten die Mikroben in zwei Gruppen ein. In der ersten Gruppe befanden sie zehn Bakterien, die Stickstoff fixieren.

#####2#####

In der zweiten Gruppe sorgten die Forscher für mehr Vielfalt: neben Stickstoff-Fixierern wählten sie IAA-Produzenten und Bakterien, die Phosphat oder Eisen aus dem Boden lösen und den Pflanzen zur Verfügung stellen. Dazu kam noch ein weiteres Bakterium, das Cellulase absondert und in der Lage ist, pflanzenpathogene Pilze zu hemmen. Bei der Gruppe mit der größten Biodiversität beobachteten sie das beste Wachstum des Basilikums.

Biodiversität großgeschrieben

Die Forscher vermuten, dass die Eigenschaften der Bakterien sich gegenseitig ergänzen und diese ganzheitlich zum Pflanzenwachstum beitragen. Die Studie unterstreicht die Wichtigkeit der Biodiversität innerhalb eines Ökosystems – sogar für ein so kleines, wie der unmittelbare Raum um die Wurzeln herum. 

Ob diese Beobachtungen sich verallgemeinern lassen, muss noch abgewartet werden. Nicht nur die Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Pflanzen, sondern auch die der Mikroorganismen untereinander sind sehr komplex und können fördernd oder auch hemmend auf sie sein. So weiß man bereits, dass sich Mikroorganismen bei einer höheren Dichte im Boden und damit knapper werdenden Ressourcen auch mit Chemikalien gegenseitig bekämpfen können. Eine Tatsache, die dadurch unterstrichen wird, dass Bodenbakterien eine der Hauptquelle von Antibiotika sind.

Zudem ist der Boden chemisch komplex und reich an Substanzen wie Humus, die keine definierte Struktur haben. Die gegenseitigen Einflüsse von Boden, Mikroorganismen und Wurzeln sind unter natürlichen Bedingungen sehr schwierig zu untersuchen.

Ein wichtiger Schluss bestätigt allerdings die Studie: Die meiste Bakterien sind für Pflanzen (und Menschen) harmlos und viele sogar gesundheitsfördernd.