Multikulti im Ackerboden
Vielfältige Bodenmikrobiome können Pflanzen schützen
Der Anbau von Süßgräsern wie zum Beispiel Mais kann die Pflanzenkrankheit „Kohlhernie“ zurückdrängen. (Bildquelle: © David Vdb / Pixabay)
Forscher:innen haben untersucht, wie das mikrobielle Bodenleben durch den Fruchtwechsel von Mais und Kohl beeinflusst wird.
Mikrobiome, also Lebensgemeinschaften von Bakterien, Pilzen und anderen Einzellern, wurden lange Zeit unterschätzt. Mittlerweile ist klar: Auch im Boden haben sie einen großen Einfluss auf das Wohlergehen der Pflanzen, auf Ertrag und die Abwehrfähigkeit von Schädlingen. In einer neuen Studie wurden nun die Veränderungen im Bodenmikrobiom erfasst, die ein Fruchtwechsel und Gründüngung auslösen.
Das Who-is-who der Bodenorganismen
Der Anbau von Kohl sorgt für ein komplexes Mikrobiom im Boden.
Bildquelle: © Leopictures / Pixabay
Das Forschungsteam untersuchte dazu Bodenproben von zwei Ackerflächen, die im Jahr 2019 dieselbe Fruchtfolge hatten - Mais (Zea mays) im Sommer und Weißkohl (Brassica oleracea) im Winter. Im Jahr davor lag Feld 1 brach mit Sorghum als Zwischenfrucht, Feld 2 hatte bereits dieselbe Fruchtfolge wie im Jahr 2019. Aus 36 Bodenproben isolierten die Forscher:innen mittels DNA-Metabarcoding 3086 18S rRNA-Sequenzen von Eukaryoten und 17.069 16S rRNA-Sequenzen von Prokaryoten. Die eukaryotischen Sequenzen stammten hauptsächlich von Pilzen der Abteilungen Ascomycota (Schlauchpilze), Basidiomycota (Ständerpilze) sowie von Einzellern aus der Gruppe der Cercozoa. Die häufigsten prokaryotischen Sequenzen ließen sich den Abteilungen der Pseudomonadota, der Actinobacteria und der Acidobacteria zuordnen. Weitere Untersuchungen zeigten, dass sich die Zusammensetzungen des Mikrobioms in beiden Ackerflächen unter den verschiedenen Fruchtfolgen unterschiedlich entwickelten. Besonders in Feld 1, wo im Vorjahr eine Gründüngung erfolgte, konnten sich die Actinobacteria im Vergleich zum Feld 2 stark vermehren. Das bestätigte die Annahme, dass Zwischenfrüchte die mikrobielle Zusammensetzung im Boden deutlich verändern können, so die Forscher.
Gemeinsam gegen Pathogene
Kohlhernie ist eine Pflanzenkrankheit, die durch den Erreger Plasmodiophora brassicae ausgelöst wird. Es bilden sich im Wurzelbereich knollenartige Gallen. Im Bild sind die befallenen Wurzeln eines Blumenkohls zu sehen. Der Erreger zerstört die Leitgefäße und dadurch kommt es zu einer Störung der Nährstoff- und Wasserversorgung der Pflanze.
Bildquelle: © Rasbak / Wikipedia, CC BY-SA 3.0
Die Fruchtfolge Mais/Kohl wird hauptsächlich genutzt, um die Kohlhernie - eine Pflanzenkrankheit, die jährlich hohe Schäden anrichtet - zu unterdrücken. Tatsächlich konnten die Forscher:innen DNA-Sequenzen des Kohlhernie-Erregers Plasmodiophora brassicae in Feld 2 zu Beginn des Maisbewuchses entdecken. Die Häufigkeit nahm während der Maissaison fortschreitend ab und der Erreger war schließlich während der darauffolgenden Kohlbepflanzung kaum noch nachzuweisen. Die Forscher:innen vermuten, dass die Kohlhernie auch durch Veränderungen des Bodenmikrobioms – ausgelöst durch den Fruchtwechsel – zurückgedrängt wurde.
Bodenparameter haben Einfluss
Des Weiteren konnten in allen Bodenproben je nach Feldfrucht ein spezifisches Mikrobiom nachgewiesen werden. Eine Verschiebung der Zusammensetzung ergab sich durch die Fruchtfolge selbst, durch die Gründüngung sowie durch verschiedene Bodenparameter, die durch das jeweilige Management (Bodenbearbeitung, Düngung) beeinflusst wurden. Dazu gehörten der höhere Humusgehalt durch die Gründüngung, aber auch der pH-Wert sowie die verfügbaren Nährstoffe, vor allem Stickstoff.
Protisten als unterschätzte Helfer
Schließlich untersuchten die Forscher:innen die mikrobiotische Komplexität in den Bodenproben. Sie veränderten sich mit der Fruchtfolge deutlich: Die geringste Komplexität konnten die Forscher:innen in Feld 1 während der Mais-Anbauphase finden, die höchste in Feld 1 und 2 während der Kohlanbauphase. Zudem veränderten sich die prokaryotischen Gemeinschaften stärker als die eukaryotischen. Die Forscher:innen sahen damit die Annahme bestätigt, dass sich das Mikrobiom im Boden je nach Feldfrucht und Anbaumethode schnell und deutlich verändern lässt – eine Erkenntnis, die für verbesserte Anbaumethoden genutzt werden kann. Dieser Befund zeigt aber auch, wie leicht ein solches Mikrobiomsystem durch falsches Management aus dem Gleichgewicht gebracht werden kann.
Eine besondere Rolle kommt laut Forscher:innen den Protista zu: Diese eukaryotischen ein- bis wenigzelligen Lebewesen wurden bisher nur wenig beachtet, scheinen aber nach den vorliegenden Ergebnissen am Auf- und Umbau eukaryotischer Netzwerke entscheidend beteiligt zu sein – und damit auch an der Ertragshöhe und Pflanzengesundheit. Das sollte nach Meinung der Studienbeteiligten in Zukunft noch intensiver erforscht werden.
Quelle:
Kenmotsu H. et al (2023): Distinct prokaryotic and eukaryotic communities and networks in two agricultural fields of central japan with different histories of maize–cabbage rotation. In: Nature Scientific Reports No 13, Nr. 15435 (2023): dx.doi.org/10.1038/s41598-023-42291-y
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Titelbild: Der Anbau von Süßgräsern wie zum Beispiel Mais kann die Pflanzenkrankheit „Kohlhernie“ zurückdrängen. (Bildquelle: © David Vdb / Pixabay)
