Pflanzen locken Helferlein

Mit ihren Wurzeln nehmen Pflanzen bekanntermaßen Wasser und Nährstoffe aus dem Boden auf. Doch nicht nur das! Sie geben auch gezielt Stoffe an den Boden ab und kommunizieren dadurch mit den Mikroorganismen im Boden. Dadurch können sie sogar beeinflussen, welche Bakterien sich rund um ihre Wurzeln ansiedeln.

Es ist bereits bekannt, dass sich in der Rhizosphäre, also dem Bereich des Bodens um die Pflanzenwurzeln herum, eine andere Zusammensetzung an Mikroben findet als im restlichen Erdreich. Die dort stattfindenden Interaktionen zwischen Pflanzen und Bodenorganismen beeinflussen Wachstum, Entwicklung und Gesundheit der Pflanze. Doch wie genau profitieren Pflanzen von ihrer ganz persönlichen mikrobiellen Gemeinschaft.

Flavonoide stimulieren das Wachstum der Seitenwurzeln

Dieser Frage ist ein internationales Team von Wissenschaftlern nachgegangen. Sie haben dazu das Wurzelsystem von Maispflanzen untersucht und herausgefunden, dass einige Sorten wie die Hochleistungszuchtlinie 787 in großer Menge Flavonoide aus den Wurzeln in den Boden abgeben. Flavonoide sind vor allem dafür bekannt, dass sie Blüten ihre Farbe geben und dadurch Bestäuber anlocken. Doch im Boden haben sie eine ganz andere Funktion.

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Dort locken sie Bakterien der Familie Oxalobacteraceae an. Diese wiederum regen die Wurzeln der Pflanze dazu an, mehr Seitenwurzeln auszubilden. „Dadurch kann der Mais unter anderem mehr Stickstoff aus der Umgebung aufnehmen“, erläutert Prof. Dr. Frank Hochholdinger vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES). „Aus diesem Grunde wächst er schneller, vor allem bei knapper Stickstoff-Versorgung.“

Ein neuer Ansatz für nachhaltigere Landwirtschaft?

Die eher schwächliche Maislinie LH93 hingegen gibt kaum Flavonoide in den Boden ab. Pflanzt man sie jedoch in Boden ein, in dem vorher die Linie 787 gewachsen ist, so wächst LH93 wesentlich stärker. Dieser Effekt trat nicht auf, wenn der Boden vorher sterilisiert und dadurch die Bakterien abgetötet worden sind. Das zeigt, dass tatsächlich die Oxalobacteraceae die Stickstoffaufnahme der Wurzeln verbessern. Selbst eine Maislinie, die aufgrund einer Mutation gar keine Seitenwurzeln mehr ausbildet, lässt sich durch diese Bakterien wieder dazu anregen.

Diese Erkenntnisse könnten den Weg zu ertragreicheren Sorten ebnen, die mit weniger Stickstoff auskommen. Dazu könnte man bei der Züchtung von Hochleistungssorten künftig gezielt Allele für die Produktion bestimmter Flavone einkreuzen, die das Bodenmikrobiom günstig beeinflussen und die Stickstoffaufnahme der Pflanzen verbessern.

Stickstoff ist für Pflanzen ein lebensnotwendiges Molekül, weshalb Landwirte oft Stickstoffdünger auf die Felder aufbringen. Doch leider wird ein beträchtlicher Anteil des Stickstoffs vom Regenwasser ausgewaschen und gelangt schnell in Gewässer. Das führt oft zur Eutrophierung und ein übermäßiges und schädliches Algenwachstum. Auch das Grundwasser kann durch die Nitrateinschwemmungen beeinträchtigt werden.

Es wäre daher wünschenswert, wenn Pflanzen effizienter mit der Ressource Stickstoff umgehen könnten. „Wenn wir Nutzpflanzen daraufhin züchten, dass sie ihre Stickstoff-Versorgung durch die Mithilfe von Bakterien erhöhen, könnte das die Umweltbelastung deutlich reduzieren“, hofft Dr. Peng Yu vom INRES.

Quelle:
Yu, P. et al. (2021): Plant flavones enrich rhizosphere Oxalobacteraceae to improve maize performance under nitrogen deprivation. In: Nature Plants, (8. April 2021), doi: 10.1038/s41477-021-00897-y

Zum Weiterlesen:

• Über kurz oder lang – Wie Pflanzen ihr Wurzelwachstum steuern
• Mobile mRNAs dank Methylierung – Wurzelwachstum per Fernsteuerung
• Wurzelverschwendung? – Blattverlust durch Herbivoren führt zu mehr Wurzelmasse

Titelbild: Dr. Peng Yu vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn inmitten von jungen Maispflanzen. (Bildquelle: © Barbara Frommann/Uni Bonn)