Die Unterstützung von Pflanzen und Bakterien bei der Zusammenarbeit verringert den Bedarf an Düngemitteln, so eine neue Studie

Einer Studie zufolge könnte die Förderung der natürlichen Beziehung zwischen Pflanzen und Bakterien dazu beitragen, die Abhängigkeit von umweltschädlichen Düngemitteln zu verringern.

Da die Bevölkerung wächst und die Ernteerträge durch den Klimawandel bedroht sind, möchten Wissenschaftler dazu beitragen, das Pflanzenwachstum auf natürliche und nachhaltige Weise zu fördern.

Forscher, unter anderem an den Universitäten Warwick und Justus Liebig (Deutschland), haben nun einen neuen Weg aufgezeigt, die Nährstoffaufnahme und das Wachstum von Pflanzen zu steigern. Dies könnte den Bedarf an Düngemitteln verringern, einem Input für die Landwirtschaft, der schädlich für die Umwelt sein kann. Düngemittel können in Gewässer gelangen oder von Mikroben im Boden abgebaut werden, wodurch das starke Treibhausgas Lachgas in die Atmosphäre gelangt.

Das Forscherteam untersuchte die Effizienz der Beziehungen zwischen Pflanzen und Bakterien (auch bekannt als Symbiose oder Knötchenbildung) und gab gleichzeitig Aufschluss darüber, wie sich dieses natürliche Phänomen auf die Interaktionen mit anderen Mikroben im Boden auswirkt. Ihr Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht Mikrobiom.

Hülsenfrüchte (Erbsen und Bohnen) interagieren mit symbiotischen Bakterien (bekannt als Rhizobien), die Stickstoff aus der Luft „fixieren“ und ihn der Pflanze als Nährstoffe zur Verfügung stellen. Diese Mikroben nutzen das Potenzial, Pflanzen dabei zu helfen, Bodennährstoffe aufzunehmen, um das Wachstum anzukurbeln oder Stressresistenz zu entwickeln. Diese Eigenschaften machen den Anbau von Hülsenfrüchten relativ unabhängig von der Anwendung chemischer Düngemittel und bieten einen landwirtschaftlich nachhaltigen Ansatz für die Lebensmittelproduktion. Hülsenfrüchte können mit vielen Rhizobienarten interagieren, aber das Ergebnis dieser Interaktion hängt von der Fähigkeit der Bakterien ab, Stickstoff zu binden, und vom Bodentyp – der „symbiotischen Effizienz“.

In der Studie identifizierten die Wissenschaftler die Auswirkungen unterschiedlicher symbiotischer Effizienz auf die Gestaltung nicht nur des Pflanzenwachstums und der Ernährung, sondern auch auf die anderen Mikroben im Boden, die als „Biodünger“ zur Verbesserung der Pflanzen- und Bodengesundheit beitragen könnten. Die Arbeit wurde mit einem Verwandten von Erbsen und Bohnen durchgeführt, der mit verschiedenen Arten stickstofffixierender Bakterien interagieren kann, und zwar auf einer Reihe von Bodentypen, die für landwirtschaftliche Umgebungen repräsentativ sind – unter anderem auf dem Innovation Campus der University of Warwick in Stratford-Upon-Avon.

Mithilfe verschiedener Bakterienstämme maß das Team die molekularen Reaktionen der Pflanze und die Menge an Mineralien in der Pflanze. Auch die Bakterien- und Pilzgemeinschaften wurden an verschiedenen Orten erfasst: im Boden, rund um die Wurzel und im Wurzelinneren. Durch die Kombination all dieser Arten und Standorte von Daten wurde ein Verständnis für die Auswirkungen der „symbiotischen Effizienz“ geschaffen.

Professor Patrick Schäfer von der Justus-Liebig-Universität Gießen, Deutschland, sagte: „Pflanzenwachstum und -fitness hängen stark von der Symbiose mit einer hochkomplexen Gemeinschaft von Mikroorganismen (dem ‚Mikrobiom‘) auf der Oberfläche der Wurzeln ab. Unsere Studie hat gezeigt, dass der Nährstoffstatus des Bodens beeinflusste die Symbiose zwischen nützlichen Rhizobien, die Luftstickstoff im Austausch gegen Nährstoffe binden, mit Hülsenfrüchten.

Co-Autorin der Studie, Dr. Beatriz Lagunas von der School of Life Sciences der University of Warwick, sagte: „Unsere Arbeit hat gezeigt, dass die Symbiose mit verschiedenen Bakterienarten das gesamte Wurzelmikrobiom verändern kann. Wir haben die Fähigkeit stickstofffixierender Bakterien entdeckt, dies zu tun.“ Installieren Sie abhängig von ihrer Umgebung ein für Pflanzen nützliches Mikrobiom. Wir haben auch Mikrobenstämme als Teil dieser Gemeinschaft identifiziert, die nützliche, nützliche und freundliche Düngemittel für die Zukunft sein könnten.“

Professorin Miriam Gifford von der School of Life Sciences der University of Warwick fügte hinzu: „Diese Arbeit hat erhebliche Auswirkungen auf die Anwendung solcher stickstofffixierenden Bakterien, um die Produktion wichtiger Nahrungsmittelhülsenfrüchte wie Bohnen und Erbsen auf dem Feld sicherzustellen.“

„Nach dieser Arbeit testen wir nun die Auswirkungen von Mikroben auf verschiedene Pflanzenarten, um das Pflanzenwachstum und die Stressresistenz zu bewerten. Unser Ziel ist es, mit Agrarunternehmen zusammenzuarbeiten, um die Verwendung dieser Mikroben als Biodünger für die Hülsenfruchtproduktion zu bewerten. Dies sollte zu einer Verringerung beitragen.“ Der Einsatz chemischer Düngemittel verringert deren Auswirkungen auf die Umwelt.