Von Linsen über Kichererbsen bis hin zu einfachen gebackenen Bohnen sind Hülsenfrüchte vielleicht am besten als alternative, pflanzliche Proteinquelle bekannt. Diese Pflanzen sind Umwelthelden: Sie arbeiten mit Bodenmikroben zusammen, um Stickstoff aus der Luft zu „binden“ und so den Boden mit Nährstoffen anzureichern, damit sie gedeihen können.
Da ihre Fähigkeit zur Stickstofffixierung immer besser verstanden wird, hoffen Wissenschaftler, Möglichkeiten zur Steigerung der Produktivität zu finden und einige dieser wirksamen bodenverbessernden Eigenschaften schließlich auf andere Nutzpflanzen wie Getreide anzuwenden. Mit der Fähigkeit, Stickstoff zu binden, würden Nutzpflanzen weniger Stickstoffdünger benötigen und gleichzeitig würde sich die Bodengesundheit verbessern.
Hülsenfrüchte, die essbaren trockenen Samen von Hülsenfrüchten, sind Grundnahrungsmittel in der Ernährung von Menschen und Nutztieren auf der ganzen Welt. In ganz Europa und den USA sind sie es häufig gegessen wie Bohnenkonserven, Kichererbsen und Linsen, während in Afrika südlich der Sahara Kuherbse gehört zu den wichtigsten Hülsenfrüchten.
Hülsenfrüchte sind reich an Proteinen, Kohlenhydraten, Ballaststoffen, Vitaminen und Mineralstoffen und spielen dabei eine grundlegende Rolle nahrhafte gesunde Ernährung. Sowohl die Samen als auch die Blätter werden ebenfalls verwendet Futtermittel für Nutztiere. Für Kleinbauern in Entwicklungsländern sind nährstoffreiche Hülsenfrüchte ein kostengünstiger Ersatz für tierisches Eiweiß und machen einen großen Teil der typischen Ernährung aus.
In Westkenia, Ruanda und Burundi wird gegessen mehr als 30 kg Bohnen pro Jahr im Durchschnitt, während viele afrikanische Länder Hülsenfrüchte als Fleischalternative empfehlen Ernährungsrichtlinien. Es können auch Impulse gespeichert werden längere Zeiträume ohne ihren Nährstoffgehalt zu beeinträchtigen.
Die Magie im Wurzelknöllchen
Manche Vor 100 Millionen Jahren, Hülsenfrüchte haben die natürliche Fähigkeit entwickelt, nützliche Bakterien in speziellen Strukturen, sogenannten Wurzelknöllchen, unterzubringen. Dabei wandeln Bakterien gasförmigen Stickstoff aus der Luft und dem Boden in eine Form um, die der Pflanze als Nährstoffe zur Verfügung steht.
Daher benötigen Hülsenfrüchte weniger Stickstoffdünger als Getreide und andere Gemüsepflanzen. Eine leistungsstarke Hülsenfrucht kann bis zu reparieren 300 kg Stickstoff pro Hektarwas die Landwirte andernfalls etwa 1 US-Dollar pro kg Dünger kosten würde, um den Nährstoffbedarf der Pflanze zu decken.
Bei der Ermöglichung von Nährstoffsymbiosen in der Landwirtschaft Im Projekt versuchen wir zu verstehen, wie Hülsenfrüchte dies genau bewirken. Wir erforschen, wie sich diese stickstofffixierenden Wurzelknöllchen überhaupt nur in Hülsenfrüchten entwickelt haben. Mit diesem Wissen hoffen wir, Wege zu finden, die Effizienz der Stickstofffixierung in den Wurzelknollen zu steigern und das Wachstum und den Ertrag von Hülsenfrüchten zu maximieren.
Nützliche Bakterien
Meine Forschungsgruppe untersucht, wie Hülsenfrüchte mit nützlichen Bakterien interagieren und krankheitserregende Mikroben meiden können. Während Bakterien wie die Rhizobien in diesen Wurzelknollen den Pflanzen bei der Nährstoffgewinnung helfen, könnten andere Bodenmikroben, darunter Bakterien und Pilze, Krankheiten verursachen und Pflanzen daran hindern, so viel Stickstoff umzuwandeln. Daher muss die Pflanze über einen Abwehrmechanismus verfügen, der krankheitserregende Mikroben fernhält. Dies kann auch verhindern, dass es sich vollständig mit den nützlichen Bakterien beschäftigt.
Unser Forscherteam hat potenzielle Faktoren identifiziert, die die Stickstofffixierung in den Knötchen von Medicago, auch bekannt als Barrel Medic oder Barrel Clover, einschränken. Diese Hülsenfrucht wird häufig zu Forschungszwecken verwendet und nicht für den Verzehr angebaut. Durch die Untersuchung dieser limitierenden Faktoren hoffen wir, die Effizienz der Stickstofffixierung zu verbessern, ohne die eingebauten Abwehrmechanismen der Kulturpflanze zum Schutz vor Krankheiten zu beeinträchtigen.
Nachdem sie diesen Mechanismus in der Forschungshülsenfrucht untersucht haben, untersuchen die Forscher nun einige relevante Kulturhülsenfrüchte wie Sojabohnen und Augenerbsen, um zu verstehen, wie weit verbreitet und anwendbar die zugrunde liegenden biologischen Mechanismen sind und ob sie genutzt werden können, um in Zukunft andere Hülsenfrüchte zu verbessern.
Obwohl es sich bei vielen Hülsenfrüchten um die ältesten domestizierten Nutzpflanzen handelt, sind sie für den Anbau in der Landwirtschaft viel weniger geeignet und verfügen daher über ein erhebliches Potenzial für weitere Verbesserungen durch Züchtung und Gentechnik, wodurch sie für moderne Lebensmittelsysteme geeigneter und nachhaltiger werden.
Zu den Vorteilen einer effizienteren Stickstofffixierung in Hülsenfrüchten gehören ein größeres Wachstum und eine größere Biomasse sowie hoffentlich ein höherer Proteingehalt in den Samen oder Hülsenfrüchten. Dies würde den Nährwert pro Kultur erhöhen, was bedeutet, dass pro Hektar mehr hochwertige, nährstoffreiche Lebensmittel produziert werden könnten.
Höhere Erträge würden neue Möglichkeiten für Klein- und Subsistenzbauern schaffen, Hülsenfrüchte – wie Sojabohnen – anzubauen und davon zu profitieren, um sie als Nutzpflanzen zur Verbesserung der Lebensgrundlagen auf dem Land zu nutzen. Ertragreichere Hülsenfrüchte könnten als wirksamer sein Fruchtwechsel Dies verbessert die Bodengesundheit, was besonders wichtig für Landwirte ist, die mit degradierten Böden zu kämpfen haben, wie sie beispielsweise in Afrika südlich der Sahara vorkommen.
Je mehr wir über diese einzigartige Fähigkeit von Hülsenfrüchten wissen, desto größer sind unsere Chancen, erfolgreich andere Nutzpflanzen mit einer ähnlichen Fähigkeit zu entwickeln. Eine solche Entwicklung könnte, auch wenn sie noch einige Jahre entfernt ist, die nachhaltige Landwirtschaft verändern, insbesondere in Gebieten, in denen der Zugang zu synthetischem Dünger bereits aufgrund von Kosten und Verfügbarkeit begrenzt ist.
Die Ausweitung der Stickstofffixierung auf andere Nutzpflanzen ist seit langem ein Ziel von Nutzpflanzenwissenschaftlern auf der ganzen Welt, und je weiter die Erforschung der Pflanzenbiologie voranschreitet, desto schneller wird der Fortschritt.
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