GENOMXPRESS SCHOLÆ 7
Mikrobiom der Kulturpflanzen
Ausgabe 2021
Diesmal dreht sich alles um das faszinierende Zusammenspiel von Pflanzen und ihren Mikroorganismen, das sogenannte Mikrobiom. Wir tauchen ab in den Boden, in die Welt der Rhizosphäre, wo Pflanzenwurzeln und Mikroorganismen in engem Austausch stehen, und manchmal großer Trubel herrscht.
Mit bloßem Auge nicht sichtbar, tummeln sich doch in einer Handvoll Erde Milliarden von Mikroorganismen, mehr als auf der Erde Menschen leben. Pflanzen können diese Gesellschaften ihrer Umgebung steuern. Sie können Mikroben anlocken und Bedingungen schaffen, in denen sich bestimmte Arten besonders wohlfühlen. Sie können sie aber auch verprellen und bestimmte Feinde anlocken oder den Boden so verändern, dass manche Arten von selbst verschwinden. Manchmal finden regelrechte Kämpfe statt, manchmal lebt man in stiller Eintracht. In manchen Fällen kann einer nicht ohne den anderen sein.
Das Mikrobiom rückt auch im Zuge des Klimawandels stärker in den Fokus der Forschung. Es spielt eine unschätzbare Rolle für die Wasserversorgung der Pflanzen und kann Pflanzen Widerstandkraft gegen Krankheiten und Schädlinge verleihen. Wir zeigen Forschende, die deshalb ganz unterschiedliche Ansätze verfolgen, um die Interaktionen zwischen Pflanzen und Bodenorganismen besser zu verstehen. Wir stellen Projekte vor, in denen Pflanzen mit Mikroben „geimpft“ und dadurch widerstandfähiger werden und Projekte, die ackerbauliche Praktiken systematisch unter die Lupe nehmen. In anderen Projekten versucht man zu verstehen, wie die Mikrobengemeinschaften entstehen und unfruchtbare Flächen zu artenreichen Biotopen umwandeln.
Es werden zahlreiche Infografiken und Kopiervorlagen zur Verfügung gestellt, die die Grundprinzipien solcher Gemeinschaften illustrieren. Die zu den Texten gehörenden Arbeitsaufträge erfordern eine intensivere Beschäftigung mit den jeweiligen Themen. Alle Texte und Abbildungen können auch einzeln heruntergeladen werden. Außerdem finden sich hier alle weiterführenden Links zu den Artikeln und externen Beiträgen. Die Inhalte der Seite werden ständig mit neuen spannenden Fakten aus der Forschung aktualisiert und erweitert.
Materialien & Downloads
Alle Infografiken können unter Angabe der Quelle "© GENOMXPRESS SCHOLÆ" kostenfrei genutzt werden.
Einführung
DIE NACHBARN VON UNTEN
Pflanzen leben nicht allein ...
DIE NACHBARN VON UNTEN
Pflanzen leben nicht allein ...
PFLANZENWURZELN stecken nicht einfach nur in steriler Erde. Stattdessen tummelt sich eine große Vielfalt verschiedenster Mikroben im Boden. Milliarden einzelner Mikroorganismen sind in einem kleinen Brocken Erde verborgen. Da ist es nicht verwunderlich, dass sich im Laufe der Evolution untrennbare Gemeinschaften zwischen Pflanzen und Mikroorganismen entwickelt haben. Das Zusammenspiel zwischen beiden Gruppen ist komplex. In vielen Fällen profitieren sowohl die Pflanzen von den Mikroben, die an ihren Wurzeln leben, als auch die Mikroben von ihren Pflanzenpartnern. In manchen Fällen sind die Mikroben auch schädlich und gewinnen an Oberhand, weil sich bestimmte Gleichgewichtszustände zu ihren Gunsten verschoben haben. Auch unsere Nutzpflanzen sind in hohem Maße von den sie umgebenen Mikroben abhängig. Ohne die Mikroben im Boden könnten sie nicht gedeihen und Früchte tragen.
Dieser Beitrag gibt einen Einblick in diese faszinierende Welt unter unseren Füßen.
Artgerechte Fütterung
Pflanzen kultivieren eigene Bodenbakterien
20.05.2019 | von Redaktion Pflanzenforschung.de
Während des Wurzelmetabolismus entstehen von Art zu Art unterschiedliche Produkte. Mit ihrer Hilfe passen Pflanzen das Mikrobiom in der Rhizosphäre an ihre Bedürfnisse an.
Hilfe bei Bedarf
Bodenbakterien können Pflanzen mit Eisen versorgen
17.11.2020 | von Redaktion Pflanzenforschung.de
Für ein gesundes Wachstum brauchen Pflanzen ausreichend Nährstoffe. Doch gerade Eisen ist im Boden oft für Pflanzen kaum zugänglich. Mit einem Signalmolekül können Pflanzen bei Mikroorganismen „um Hilfe bitten“, damit diese ihnen den Nährstoff zur Verfügung stellen.
Krieg der Knöllchen
Wenig Harmonie in der Symbiose zwischen Pflanzen und Rhizobien
16.07.2020 | von Redaktion Pflanzenforschung.de
Die oft als friedliches Miteinander dargestellte Symbiose zwischen Pflanzen und Rhizobien ist in Wahrheit ein Kampf: die Stickstoff-fixierenden Knöllchenbakterien überleben so gerade in der Wurzelzelle.
Wie Wurzel und Mikrobiom kommunizieren
BIOÖKONOMIE.de
Der Pflanzenforscher Tonni Andersen ist Kovalevskaja-Preisträger 2019. Er will verstehen, wie Wurzeln sich mit Bodenmikroben austauschen und baut am Max-Planck-Institut in Köln eine neue Arbeitsgruppe auf.
Rhizobien in der Pflanzenmikrobiota
Wippel, K., Schulze, Lefert, P. and Garrido, Oter, R., Biologie in unserer Zeit (2019)
Für das Wachstum und Überleben der Pflanze im Boden ist ihre Mikrobiota von maßgeblicher Bedeutung. Pflanzen‐Mikrobiota‐Interaktionen können unter Laborbedingungen durch definierte Gemeinschaften von Kommensalen nachgestellt und durch Ko‐Kultivierung mit dem keimfreien Pflanzenwirt auf ihre Wirkung auf das Wachstum und die Gesundheit der Pflanzen geprüft werden.
Bakterien. Vorteil der Symbiose
Planet Wissen, Remo Trerotola
Es ist eine der bedeutendsten Fähigkeiten in der Natur: Einige Bakterien können Stickstoff aus der Luft binden. Ein unscheinbarer Prozess mit einer entscheiden-den Rolle – auch für uns Menschen. Naturbewusste Gärtner wissen das schon lange und setzen auf die Symbiose zwischen Leguminosen und Bakterien statt auf Dünger.
Forschung & Anwendung
ZUR WURZELBEHANDLUNG BITTE!
Ökologisches Engineering - neue Ansätze finden und altbekannte Praxis verstehen
ZUR WURZELBEHANDLUNG BITTE!
Ökologisches Engineering - neue Ansätze finden und altbekannte Praxis verstehen
DIE MIKROORGANISMEN des Bodens, insbesondere im Bereich der Rhizosphäre, beeinflussen maßgeblich die Gesundheit und Produktivität der Pflanzen, die in ihm gedeihen. In den letzten Jahren hat sich deshalb ein wachsendes Interesse daran entwickelt, diejenigen Faktoren zu verstehen, die zur Förderung und Steigerung des Pflanzenwachstums durch das pflanzliche Mikrobiom beitragen.
Der folgende Text gibt einen Überblick über ein Forschungsfeld, das sich mit dem faszinierenden Universum des pflanzlichen Mikrobioms beschäftigt.
Die „Mikroben-assoziierte Landwirtschaft“
Natürliche Vorgänge für die Landwirtschaft ausnutzen
05.01.2018 | von Redaktion Pflanzenforschung.de
Viele Agrarökosysteme haben bereits ihre maximale Belastungs- und Leistungsfähigkeit erreicht. Gleichzeitig steigt der Bedarf an landwirtschaftlichen Produkten rasant. Landwirtschaft und ökologische Systeme können nicht mehr getrennt betrachtet werden, so wie es lange Zeit geschehen ist. In den letzten Jahren haben sich daher Wissenschaftler verstärkt mit den vielfältigen Interaktionen zwischen Boden und Pflanze beschäftigt. Dieses Wissen soll nun für eine optimierte Nahrungspflanzenproduktion sowie für den Umweltschutz zusammengetragen und ausgewertet werden.
Mikrobiome unter Klimawandelstress?
Lufttemperatur und Feuchte beeinflussen mikrobielle Gemeinschaften im Boden
27.01.2020 | von Redaktion Pflanzenforschung.de
Wie unterscheiden sich die Mikrobiome in den Wurzeln und im wurzelnahen Boden und was verursacht diese Varianz? Auf diesen Fragen hat ein europäisches Forschungsteam unter Federführung des Kölner Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung jetzt Antworten gegeben. Für Eukaryoten und Prokaryoten fallen sie unterschiedlich aus. Aber das Klima und damit auch Klimaveränderungen scheinen ein wichtiger Faktor zu sein.
Gemeinsam sind wir stark
Biologische Pilzbekämpfung mit „guten“ Bakterien
30.08.2019 | von Redaktion Pflanzenforschung.de
Im Boden lebende Bakterien können mit der Freisetzung flüchtiger organischer Verbindungen die Pflanzen vor pathogenen Pilzen schützen. Besonders effektiv ist die Kombination verschiedener Bakteriengattungen, fanden Forscher heraus.
Saatgut mit schützenden Pilzen ummanteln
BIOÖKONOMIE.de
Um Kartoffeln widerstandsfähiger zu machen, wollen Forscher das Saatgut der Nachtschattengewächse mit Nutzpilzen ummanteln und so zu einem robusteren Wachstum verhelfen.
Karte der Dauerfeldversuche in Deutschland (und Nachbarländern)
BONARES Zentrum für Bodenforschung
Experteninterview
PRIMING, GERSTE UND DAS >SCHÖNWETTER-EXPERIMENT<
Experteninterview mit Dr. Adam Schikora
PRIMING, GERSTE UND DAS >SCHÖNWETTER-EXPERIMENT<
Das Experteninterview mit Dr. Adam Schikora vom Institut für Epidemiologie und Pathogendiagnostik am Julius Kühn-Institut (JKI) in Braunschweig
Priming ist ein faszinierendes Phänomen, bei dem Pflanzen durch eine vorherige Stimulation schneller und stärker auf Trockenheit und Hitze oder auch Infektionen durch Krankheitserreger reagieren können. Ausgelöst wird Priming durch bestimmte Substanzen, die Verwundung der Blätter oder die Besiedlung der Wurzeln mit bestimmten Mikroben. Bei einem späteren Schädlingsbefall oder bei Trockenheit sind die Krankheitssymptome geprimter Pflanzen wesentlich geringer. Durch das Priming wurde die Pflanze zuvor in einen Alarmzustand versetzt. Kommerziell nutzt man bereits das chemische Priming. Dabei werden Pflanzen gezielt mit synthetischen Stoffen vorbehandelt, um besser auf Stress reagieren zu können. Vermehrt rückt nun auch das Potenzial des Primings für den biologischen Pflanzenschutz sowie die Züchtung in den Vordergrund. Im folgenden Experteninterview spricht Dr. Adam Schikora vom Institut für Epidemiologie und Pathogendiagnostik am Julius Kühn-Institut (JKI) in Braunschweig über seine Arbeit und seine Visionen im Projekt PrimedPlant. Im Rahmen von PrimedPlant werden die Potenziale und molekularen Mechanismen des Primings bei Gerste untersucht, ein entscheidender Ansatz zur Verbesserung der Resistenz einer unserer wichtigsten Kulturpflanzenarten.
PrimedPlant
Priming als eine Strategie zur Verbesserung der Resistenz von Kulturpflanzen und ein mögliches Züchtungsziel
Förderprogramm: Pflanzenzüchtungsforschung für die Bioökonomie
Förderkennzeichen: 031B0196 / 031B0886
Laufzeit: 01.10.2016 – 30.09.2019 / 01.02.2020 – 31.01.2023
Projektbeteiligte (Phase II): Justus-Liebig-Universität Gießen, Julius Kühn-Institut (JKI) – Institut für Epidemiologie und Pathogen- diagnostik (Braunschweig), Julius Kühn-Institut (JKI) – Institut für Resistenzforschung und Stresstoleranz (Quedlinburg), Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben, Ackermann Saatzucht GmbH, Limagrain GmbH, ABiTEP GmbH
Versuchspflanze: Gerste
Robuster durch Priming
Das Projekt „PrimedPlant“
04.06.2020 | von Redaktion Pflanzenforschung.de
Sogenannte geprimte Pflanzen reagieren schneller und stärker auf Stressfaktoren. Könnte man dieses Phänomen nutzen, um auch Kulturpflanzen durch Züchtung gezielt widerstandsfähiger gegen Krankheitserreger und Extremwetter zu machen?
Der heilige Gral der Pflanzenforschung
Neue Möglichkeit entdeckt, Pflanzen widerstandsfähiger zu machen
10.02.2020 | von Redaktion Pflanzenforschung.de
Menschen können durch Impfungen vor Krankheiten geschützt werden. Bei Pflanzen ist das bisher nicht möglich. Aber neue Erkenntnisse lassen diese Option in greifbare Nähe rücken. Ein Team der Universität Münster hat festgestellt, dass Pflanzen durch einen aus Pilzen stammenden Vielfachzucker „immunisiert“ werden können. Bei einem Befall reagieren sie schneller und stärker auf Krankheitserreger.
Forschung in Bildern
Großformatige Bildstrecke aus dem Projekt „PrimedPlant“
Projektporträt
EIN OPTIMALES MIKROBIOM
Das Projekt RECONSTRUCT
EIN OPTIMALES MIKROBIOM
Das Projekt RECONSTRUCT
Künstlich zusammengestellte Mikrobengemeinschaften und synthetischer Boden werden im Projekt RECONSTRUCT systematisch kombiniert und analysiert, um die richtigen Mikroorganismen zu identifizieren, die das Wachstum und die Erträge von Mais ankurbeln können.
Das Projektporträt von RECONSTRUCT ist ein gutes Beispiel dafür, wie Forschungsprojekte geplant und Experimente und Analysen Schritt für Schritt umgesetzt werden. Die Durchführung folgt einem bestimmten Ablauf experimenteller und theoretischer Arbeitsschritte, die systematisch ineinandergreifen und sich gegenseitig bedingen.
RECONSTRUCT
Aufdecken des Beitrags der Bodenbiodiversität zu Wachstum und Fitness der Nutzpflanze Mais durch die Kombination von „omics“-basierter prädiktiver (in silico) Modellierung und Rekonstruktionsbiologie
Förderprogramm: Pflanzenzüchtungsforschung für die Bioökonomie
Förderkennzeichen: 031B0200
Laufzeit: 01.09.2016 – 31.08.2019
Projektbeteiligte: Universität zu Köln, FAU Erlangen-Nürnberg, Universität Potsdam, MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie, MPI für Pflanzenzüchtungsfor- schung, Forschungszentrum Jülich
Versuchspflanze: Mais
Bodenbiodiversität wirkt bis in den Supermarkt
Einfluss der Bodenorganismen bisher wenig untersucht
23.01.2018 | von Redaktion Pflanzenforschung.de
Bodenorganismen können den Nährstoffgehalt von Pflan- zen verbessern – das wurde in den vergangenen Jahren umfangreich erforscht. Aber auch Lagerung und Verarbei- tung nach der Ernte lassen sich durch die Bodenbiodiversi- tät positiv beeinflussen, wie sich an einigen Beispielen ge- zeigt hat. Systematische Forschung fehlt hier jedoch noch.
Pflanzen sind niemals allein
Interview mit Professor Marcel Bucher
02.05.2019 | von Redaktion Pflanzenforschung.de
„Die Pflanze ist kein isolierter Organismus, sondern immer von einer verblüffend großen Anzahl an Mikroorganismen besiedelt“, erklärt Prof. Dr. Marcel Bucher vom Botanischen Institut der Universität zu Köln. Wir sprachen mit ihm über seine Forschung zum Mikrobiom, dessen Effekt auf die pflanzliche Entwicklung und Fitness sowie über synthetische Mi- krobengemeinschaften und wie diese in einer nachhaltigen Landwirt- schaft gezielt für höhere Erträge genutzt werden könnten.
Projektsteckbriefe
Projektsteckbriefe
Die Interaktion von Pflanzen, Boden und Mikroorganismen ist ein spannendes und hochaktuelles Forschungsfeld. Im Folgenden werden wissenschaftliche Projekte vorgestellt, die sich mit dem Thema anhand unterschiedlicher Fragestellungen und Ziele beschäftigen und dabei ganz verschiedene Ansätze verfolgen. Einige untersuchen die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Ebenen des gesamten Systems, andere betrachten die Details molekularer Mechanismen. Dabei sollen in allen Fällen die zugrundeliegenden Prozesse besser verstanden und Lösungsansätze entwickelt werden, um landwirtschaftliche Erträge zu steigern und gleichzeitig den Boden nachhaltig zu bewirtschaften.
Die vorgestellten Projektsteckbriefe stehen stellvertretend für eine Vielzahl von Projekten und Förderprogrammen mit dem Schwerpunkt Pflanze-Boden-Mikroorganismen-Interaktion.
hr-Info Wissenswert
Die Spur der Würmer. Ein Blick auf das Leben unter unseren Füßen (Podcast)
© Hessischer Rundfunk / Autor: Florian Schwinn
Um ihre Böden lebendig und nährstoffreich zu halten, bauten Landwirte früher Humus auf. Die moderne Landwirtschaft indessen nutzt Böden oft nur noch als bloße Substrate und ihre Gesundheit sowie die der Lebewesen in ihnen gerät dabei gern aus dem Blick. Obwohl es Alternativen gibt - die Böden sogar hitzeunempfindlicher machen und Bodenorganismen bessere Lebensbedingungen sichern können. Doch wer wohnt da alles im Boden?
Das Projekt INPLAMINT
Interaktionen zwischen Pflanzen, Boden und Mikroorganismen verstehen
INPLAMINT
Erhöhung der landwirtschaftlichen Nährstoffnutzungseffizienz durch Optimierung von Pflanze-Boden-Mikroorganismen-Wechselwirkungen
Förderprogramm: BonaRes – Boden als nachhaltige Ressource
Förderkennzeichen: 031B0508
Laufzeit: 01/05/2015 – 30/04/2021
Projektbeteiligte: Forschungszentrum Jülich, Freie Universität Berlin, Helmholtz Zentrum München, ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH, Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen-Geislingen, Universität zu Köln, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Leuphana Universität Lüneburg
Pflanzennährstoffe besser nutzen
Das Projekt „INPLAMINT“
16.03.2021 | von Redaktion Pflanzenforschung.de
Wie können Landwirte Pflanzennährstoffe effizienter einsetzen? Lassen sich die Nährstoffkreisläufe durch Interaktionen von Pflanzen, Mikroorganismen und Böden optimieren, damit die Äcker fruchtbarer und die Ernten üppiger werden? Wie gelingt es, Gewässer vor zu hohen Nitratbelastungen zu schützen? Diesen zentralen Fragen geht das Forschungsprojekt „INPLAMINT“ nach.
Das Projekt CATCHY
Zwischenfrüchte für mehr Bodenfruchtbarkeit und Ertrag
CATCHY
Zwischenfrüchte als agronomische Maßnahme zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit und Ertragssicherheit
Förderprogramm: BonaRes – Boden als nachhaltige Ressource
Förderkennzeichen: 031A559
Laufzeit: 01/04/2015 – 31/03/2021
Projektbeteiligte: Bremen, Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT), Deutsche Saatveredelung AG (DSV) Zuchtstation Asendorf, Justus Liebig Universität Gießen, Leibniz-Institut für Pflanzengenetik & Kulturpflanzen- forschung (IPK), Leibniz Universität Hannover
Versuchspflanzen: Weizen, Mais, Zwischenfrüchte
Ackerbau: Die Kraft der Zwischenfrüchte
BIOÖKONOMIE.de
Mit Zwischenfruchtmischungen will man bei CATCHY Böden langfristig fruchtbarer machen und neue Anbausysteme entwickeln, die zur Ertragssteigerung beitragen.
BONARES
Newsletter Frühjahr 2020
Umfangreiche Hintergrundinformationen zum Projekt CATCHY mit vielen Einblicken in die Forschungsarbeit.
https://newsletter.bonares.de:8443/newsletter/pdf/5ebd09887513790ff400dd2b
Das Projekt ChitoPop
Pappeln müssen nützliche und schädliche Pilze unterscheiden
ChitoPop
Optimierung der Pathogenresistenz und Mykorrhizierung von Pappeln durch Modifikation von LysM-Proteinen
Förderprogramm: Pflanzenzüchtungsforschung für die Bioökonomie
Förderkennzeichen: 031B0203
Laufzeit: 01/10/2016 – 31/03/2020
Projektbeteiligte: Georg-August-Universität Göttingen, Johann Heinrich von Thünen- Institut Großhansdorf
Versuchspflanze: Pappel
„Symbiose ist wie eine Geschäftsbeziehung“
Interview mit Dr. Stephanie Werner
13.07.2018 | von Redaktion Pflanzenforschung.de
Mykorrhiza ist eine spezielle Symbiose, bei der ein Pilz mit dem Wurzelsystem einer Pflanze in engem Kontakt und Stoffaustausch steht. Wir sprachen mit Dr. Stephanie Werner über die Eigenarten der Mykorrhizapilze, ihre Bedeutung für die Gesundheit der Pflanzen und wie diese Symbiosen zum Wohle der Pflanze gezielt gesteuert werden können. Sie forscht auf diesem Gebiet derzeit als Postdoc am Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle.
Das Projekt RootWayS
Wurzelkanäle in den Untergrund
RootWayS
Wir machen den Weg frei: Tiefwurzelnde Winterzwischenfruchtmischungen erleichtern den Zugang zu Unterbodenressourcen
Förderprogramm: Pflanzenwurzeln und Bodenökosysteme: Bedeutung der Rhizosphäre für die Bioökono mie (Rhizo4Bio)
Förderkennzeichen: 031B0911
Laufzeit:01/04/2020 – 31/03/2024
Projektbeteiligte: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Ge- org-August-Universität, Helm- holtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) Leipzig, Feldsaaten Freuden- berger GmbH & Co. KG in Krefeld, Forschungsinstitut für biologischen Landbau (FiBL) in Frick (Schweiz)
Mit Tiefwurzlern den Unterboden erobern
Projekt: RootWays
BIOÖKONOMIE.de
Mit tiefwurzelnden Zwischenfruchtmischungen wollen Forschende für Maispflanzen eine Schnellstraße zu den Nährstoff- und Wasserressourcen im Unterboden bauen und sie so besser vor Trockenheit schützen.
Praxis
Erforscht Knöllchen!
Erforscht Knöllchen!
Jedes Mitglied aus eurem Klassenverband sammelt die Wurzelknöllchen von jeweils 10 Pflanzen. Bei einer Gruppengröße von 20 Personen liegen am Ende 200 Probenpäckchen vor. Die Proben sollen gezählt, vermessen und/oder gewogen werden. Die Daten werden gesammelt und anhand statistischer Überlegungen Fragen zum Wachstum und zur Verteilung der Wurzelknöllchen beantwortet.