Rutgers-Forscher haben entdeckt, dass stickstofffixierende Bakterien, die in Blattzellen verborgen sind, zu effizienteren und nachhaltigeren Methoden des Pflanzenanbaus führen könnten.
Die Studie, die kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Biologie, untersuchten, wie Bakterien in nicht-photosynthetischen Blattzellen von Samenpflanzen Pflanzen auf natürliche Weise mit Stickstoff versorgen können. Gegenwärtig werden anorganische Stickstoffdünger, wie Ammoniak oder Nitrat, üblicherweise auf Böden aufgebracht, schädigen Böden und verursachen einen Stickstoffabfluss, der Bäche, Flüsse und andere Gewässer verunreinigt.
„Die Entwicklung neuer Pflanzensorten oder landwirtschaftlicher Technologien, die auf dem Wiederaufbau und der Unterstützung der einheimischen stickstofffixierenden Endosymbiose basieren, könnte die Art und Weise, wie wir Pflanzen anbauen, dramatisch verändern“, sagte James White, leitender Forscher der Studie und Professor für Pflanzenbiologie an der School of Environmental and Biological Sciences (SEBS) an der Rutgers University-New Brunswick. „Diese Entdeckung wird sich beim Umweltschutz, der Regeneration landwirtschaftlicher Böden und der Reduzierung der globalen Erwärmung auszahlen, indem die Freisetzung von Treibhausgasen und die Umweltzerstörung durch das Abfließen von Düngemitteln verringert werden.“
Vor dieser Studie war allgemein bekannt, dass stickstofffixierende Symbiosen auf Wurzeln von Leguminosen und einige andere Pflanzenfamilien beschränkt waren, die Wurzelknöllchen bilden, die stickstofffixierende Bakterien enthalten. Aber durch die Untersuchung von mehr als 30 Arten von Samenpflanzen in 18 Familien von einkeimblättrigen und zweikeimblättrigen Pflanzen fanden die Forscher der Studie heraus, dass Bakterien in Blattzellen Stickstoff gegen Pflanzenzucker austauschen können.
Diese Entdeckung zeigt, wie nicht domestizierte Pflanzen wie Wild- oder Unkrautpflanzen in nicht fruchtbaren Böden ohne die Zugabe von Stickstoffdünger wachsen. Stattdessen ernten Pflanzen Stickstoff aus der Luft, indem sie intrazelluläre Bakterien verwenden, die sie aus Böden in ihre Zellen aufnehmen und in Samen tragen.
Die effizienteste dieser kryptischen Stickstofftransfer-Endosymbiose wurde in den Drüsentrichomen (auch bekannt als Blatthaare) von zweikeimblättrigen Pflanzen wie Hopfen (Humulus lupulus) und Hanf (Cannabis sativa) beobachtet. Glanduläre Trichome enthalten Terpenoide, Cannabinoide, ätherische Öle oder andere Antioxidantien, die die Effizienz der endosymbiotischen Stickstofffixierung erhöhen können, indem sie Sauerstoff abfangen oder ausschließen, der die Stickstofffixierung hemmt.
White sagte, dass die Erweiterung unseres Wissens darüber, wie Pflanzen Stickstoff aus endosymbiotischen Bakterien in Blättern extrahieren, den Erzeugern helfen könnte, effizientere und nachhaltigere Wege zur Düngung von Pflanzen zu finden.
„Diese Forschung zeigt, dass es möglich sein könnte, die stickstofffixierenden Aktivitäten von endosymbiotischen Bakterien in Blättern zu unterstützen, indem Pflanzen gezüchtet werden, um die native Endosymbiose zu erhalten, oder indem Mikroben auf Pflanzensämlinge angewendet werden, um die Stickstofffixierungs-Endosymbiose wiederherzustellen“, sagte er. „Wir hoffen, dass diese Studie Türen zur Entwicklung neuer Methoden des Pflanzenanbaus öffnen wird, die effizienter und nachhaltiger sind als die derzeit praktizierten.“
April Micci et al, Histochemische Beweise für Stickstofftransfer-Endosymbiose in nicht-photosynthetischen Zellen von Blättern und Blütenständen von Angiospermen, Biologie (2022). DOI: 10.3390/biologie11060876. www.mdpi.com/2079-7737/11/6/876#