Das Vorhandensein von Bakterien im Boden macht Blumen für Bestäuber attraktiver, wie eine Studie zeigt

Einem Artikel zufolge können Bakterien, die im Boden leben und den Wurzeln dabei helfen, Stickstoff zu binden, die Fortpflanzungsfähigkeit bestimmter Pflanzen steigern veröffentlicht im Amerikanisches Journal für Botanik beschreibt eine Untersuchung dieses Mechanismus bei Chamaecrista latistipula, einer Hülsenfrucht aus der Familie der Fabaceae, zu der Bohnen und Erbsen gehören.

Bakterien im Boden steigern die Attraktivität der Blüten der Pflanze für Bestäuber über eine Art von Beziehung, die als Gegenseitigkeit bekannt ist und bei Pflanzen und Tieren weit verbreitet ist. Mikroorganismen wie Bakterien oder Pilze tragen zu wechselseitigen Beziehungen mit Pflanzen bei und profitieren davon, wodurch beispielsweise beide Seiten mehr Nährstoffe erhalten oder sich kräftiger vermehren.

Im Fall von C. latistipula, einem Strauch, dessen heimisches Verbreitungsgebiet sich über Bolivien, Brasilien und den Nordosten Argentiniens erstreckt, ist der Boden, auf dem er wächst, tendenziell nährstoffarm und für die Fortpflanzung ist er auf einen bestimmten Bestäubertyp angewiesen.

„Seine wechselseitige Beziehung zu stickstofffixierenden Bakterien erhöht die Nährstoffversorgung seiner Wurzeln im Austausch für den Zucker, von dem sie sich ernähren“, sagte Anselmo Nogueira, Professor am Center for Natural and Human Sciences (CCNH) der Federal University of the ABC -UFABC) in São Bernardo do Campo, Bundesstaat São Paulo, Brasilien.

„Die Pflanze hat auch eine gegenseitige Beziehung zu einer bestimmten Art von Bestäubern. Der in den Staubbeuteln ihrer Blüten gespeicherte Pollen wird nur freigesetzt, wenn sie zum Vibrieren gebracht werden, hauptsächlich durch Schütteln durch Weibchen einiger Hummelarten der Gattung Bombus.“

Ein im von Nogueira geleiteten Labor für Pflanzen-Tier-Interaktion durchgeführtes Gewächshausexperiment zeigte, dass diese Bakterien eine wichtige Rolle dabei spielen, Blumen für Hummeln attraktiv zu machen, insbesondere für Pflanzen, die auf nährstoffarmen Böden wachsen.

„Außerdem beobachteten wir einen drastischen Effekt, den wir nicht erwartet hatten. Da die Verbindung mit Bakterien für die Pflanze sehr kostspielig ist, gingen wir davon aus, dass die Pflanzen in stickstoffreichen Böden den Stickstoff einfach direkt aus dem Boden aufnehmen würden, in unseren Experimenten jedoch Nährstoffe.“ -nährstoffreicher Boden brachte keine gesunden Pflanzen mit attraktiven Blüten hervor“, sagte Caroline Souza, Erstautorin des Artikels.

Das Experiment war Teil des von Nogueira koordinierten Projekts „Synergistische Wirkung mehrerer Mutualisten auf Pflanzen: Wie Bakterien, Ameisen und Bienen zur Evolution einer hyperdiversen Linie von Hülsenfrüchten beitragen“.

Bakterien, Pflanzen und Insekten

In dem Experiment überwachten die Forscher 16 Monate lang das Wachstum von 60 C. latistipula-Pflanzen ab der Samenkeimung. Die Hälfte der Pflanzen wurde auf Böden angebaut, die größtenteils aus Sand (90 %) mit einer dünnen Schicht organischen Oberbodens (10 %) und einer geringen Konzentration an Nährstoffen, insbesondere Stickstoff, bestanden. Die andere Hälfte wurde auf Böden angebaut, die reich an organischer Substanz sind und mit Kaliumnitrat angereichert sind, das Stickstoff an den Boden abgibt. In beiden Fällen wurde der Säuregehalt des Bodens sechs Monate lang überwacht, um sicherzustellen, dass der pH-Wert neutral war und die Wechselwirkung zwischen Wurzeln und Bakterien nicht beeinflusste.

Bevor die Samen ausgesät wurden, wurden sie mit Alkohol, Natriumhypochlorit und Wasserstoffperoxid sterilisiert, um Bakterien zu entfernen, die die Ergebnisse beeinflussen könnten, und anschließend in destilliertem Wasser gespült. Der Boden wurde bei hoher Temperatur in einem Autoklaven sterilisiert, um Mikroorganismen abzutöten.

Anschließend wurden die beiden Bodentypen unterschiedlichen Behandlungen unterzogen. Eine Lösung mit Rhizobien (Bakterien, die Stickstoff in Pflanzenwurzeln binden) wurde der Hälfte der Töpfe mit stickstoffarmer Sanderde und der Hälfte der Töpfe mit stickstoffreicher organischer Substanz zugesetzt. Der Rest hatte keine Bakterien. Die im Experiment verwendeten Rhizobien wurden direkt aus Wurzelknöllchen isoliert, die auf C. latistipula in freier Wildbahn gefunden wurden.

Im stickstoffarmen Sandboden ohne Bakterienzusatz wuchsen die Pflanzen nur sehr wenig und hatten aufgrund des Stickstoffmangels anhaltend gelbliche Blätter. Die auf stickstoffarmen Sandböden mit Rhizobienzusatz gewachsenen Pflanzen entwickelten sich zufriedenstellend.

„In den stickstoffarmen Sandböden mit stickstofffixierenden Bakterien waren die Pflanzen fast doppelt so hoch und dreimal größer als diejenigen, die in stickstoffreichen Böden mit organischer Substanz und Rhizobien wuchsen. Auf der anderen Seite wuchsen die Pflanzen ohne Rhizobien Sowohl Sandboden als auch Boden, der reich an organischen Stoffen ist, waren kürzer und kleiner als der mit Rhizobien bewachsene Boden“, sagte Nogueira.

Die Forscher analysierten die Blüten mit einem Oberflächenspektrophotometer, das misst, wie Licht reflektiert wird. „Anhand des auf diese Weise gemessenen Blütenreflexionsvermögens haben wir Veränderungen in den Farbkontrasten getestet, die Hummeln in den verschiedenen Böden mit und ohne Bakterien wahrnehmen können“, sagte Souza.

Signifikante Unterschiede wurden nur bei den Pflanzen festgestellt, die auf stickstoffarmen Sandböden mit Rhizobien wuchsen: Ihre Staubbeutel zeigten ein Muster, das für Hummeln, die das Farbspektrum anders wahrnehmen als Menschen, als besonders attraktiv gilt.

„Die Staubbeutel enthalten den Pollen und sind nur für Insekten zugänglich, die sie zum Vibrieren bringen können, was exotischen Arten wie der europäischen Honigbiene Apis mellifera beispielsweise nicht gelingt“, erklärt Souza.

Pollen ist eine wesentliche Proteinquelle für Larven aller Bienenarten, einschließlich Hummeln und anderer einheimischer Bienen. Die Nährstoffe im Pollen haben großen Einfluss auf das Wachstum und die Entwicklung der Larven.

Nach den Messungen nahmen die Forscher die Pflanzen aus den Töpfen, um ihre Wurzeln zu analysieren. Als Hinweis auf eine Interaktion mit Rhizobien diente die Anzahl der Wurzelknöllchen.

Knötchen sind knubbelartige Strukturen, die sich infolge einer symbiotischen Infektion durch stickstofffixierende Bakterien an den Wurzeln von Hülsenfrüchten bilden. Die gegenseitige Beziehung zu Bakterien ermöglicht es Pflanzen, die Aminosäuren herzustellen, die sie benötigen.

Aminosäuren und ihre Derivate erfüllen in Pflanzen viele Funktionen und tragen zur Proteinsynthese, Entwicklung, Ernährung und Stressreaktionen bei. Im Gegenzug liefern Pflanzen die Zuckerbakterien, die sie für Energie und Wachstum benötigen, und ermöglichen ihnen so, sich in den Knötchen zu vermehren.

Im Experiment hatten die Pflanzen, die in stickstoffarmen Sandböden wuchsen und mit Rhizobien beimpft wurden, die meisten Knötchen.

„Jetzt wollen wir wissen, ob dieser Pollen, der nur den weiblichen einheimischen Bienen zugänglich ist, aufgrund der Partnerschaft zwischen Pflanzen und Bakterien mit Proteinen und Aminosäuren angereichert ist. Die erhöhte Attraktivität der Blüten könnte mit größeren Mengen hochwirksamer Blüten verbunden sein. hochwertige Ressourcen, beeinflusst durch die hohe Stickstofffixierungsrate der Wurzeln“, sagte Nogueira.