Mikroben finden, die das Pflanzenwachstum in Salzböden fördern
Pflanzenwachstumsfördernde Rhizobakterien sind nützliche Mikroorganismen, die im Boden nahe den Pflanzenwurzeln sowie auf Wurzeloberflächen und im Wurzelgewebe leben. Zunehmend wird erkannt, dass diese Organismen auf eine ähnliche Weise wie mineralische Dünger dazu beitragen können, die Pflanzen mit den für ihr Wachstum notwendigen Elementen zu versorgen. „Pflanzenwachstumsfördernde Rhizobakterien können zum Beispiel Stickstoff aus der Luft fixieren und Proteine zersetzen“, erklärt die Koordinatorin des Projekts NitroFixSal (N fixing bacteria from extreme environments as a remedy for nitrogen deficiency in saline soils), Agnieszka Kalwasińska von der Nikolaus-Kopernikus-Universität Toruń in Polen. „So wird der Boden mit Ammonium versorgt.“ Pflanzenwachstumsfördernde Rhizobakterien erzeugen außerdem Phytohormone, welche die Pflanzenentwicklung stimulieren, und Enzyme, die Pilzzellwände zersetzen und Pflanzen vor Krankheitserregern schützen können.
Weniger mineralische Dünger und Pestizide einsetzen
Wenn das Potenzial dieser natürlich vorkommenden Bakterien genutzt wird, besteht eine reelle Chance, den Einsatz von mineralischen Düngern und Pestiziden reduzieren zu können. Um jedoch im kommerziellen Maßstab Erfolge zu erreichen, muss die Wissenschaft Bakterienarten mit ausreichenden Überlebensraten identifizieren und isolieren sowie in Mengen einsetzen, die sowohl für den Bodentyp als auch für die Pflanzenart geeignet sind. Dies könnte sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus ökologischen Gründen wichtig sein. Die Preise für chemische Düngemittel wie etwa Ammoniumnitrat, Phosphor und Kalium sind aufgrund der steigenden Erdgaspreise stark in die Höhe gegangen. Zudem hat sich die EU verpflichtet, den Einsatz dieser Düngemittel zu reduzieren, um ihre Ziele des Grünen Deals zu erreichen. „Im Rahmen des Projekts NitroFixSal griffen wir auf Bakterien mit den Eigenschaften pflanzenwachstumsfördernder Rhizobakterien aus extrem salzhaltigen Umgebungen zurück“, berichtet Sweta Binod Kumar, eine ebenfalls am Projekt beteiligte Biotechnologin. „Der Grund dafür war, dass Mikroorganismen, die von Natur aus an Bedingungen mit hohem Salzgehalt angepasst sind, das Pflanzenwachstum unter Salzstress besser fördern und zu einer vergrößerten Pflanzenbiomasse und zum Schutz vor Pathogenen beitragen können.“ Die vom Projektteam extrahierten Stämme pflanzenwachstumsfördernder Rhizobakterien wurden umfangreichen Untersuchungen unterzogen, um ihre speziellen Eigenschaften zu charakterisieren. Die Stämme wurden als Biostimulanzien eingesetzt, um die Keimung von Weizen unter Laborbedingungen zu optimieren. „Der nächste Schritt bestand aus einer Feldstudie, bei der ausgewählte Stämme auf unsterilen Boden ausgebracht wurden“, fügt Kalwasińska hinzu. „Zu guter Letzt wurden die Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Weizenpflanzen mit modernen molekularen Methoden erforscht. Dadurch konnten wir die Wirkmechanismen besser verstehen.“
Potenzielle Biodüngerkandidaten finden
Das Projekt NitroFixSal demonstrierte mit Erfolg, dass salzhaltige Umgebungen eine wertvolle Quelle für stickstofffixierende Bakterien sind, die auf verschiedene Weise das Pflanzenwachstum fördern können. Es wurden mehrere neue Stämme charakterisiert. Es konnte nachgewiesen werden, dass zwei Bakterienstämme den Salzstress bei Getreide signifikant mildern. Einer davon wurde inzwischen bei der Polnischen Mikroorganismensammlung eingereicht. Zwei Patente für das Isolat sowie seine wachstumsfördernde Wirkung auf Weizen sind bereit zur Anmeldung beim Polnischen Patentamt. „Diese isolierten pflanzenwachstumsfördernden Rhizobakterien sind jetzt potenzielle Kandidaten für biologische Düngemittel“, betont Kalwasińska. „Davon könnten im Endeffekt insbesondere landwirtschaftliche Betriebe profitieren, die Ertragseinbußen in ihren Ernten aufgrund stark versalzter Böden hinnehmen müssen.“ Die projektintern generierten Daten werden den Forschenden gleichermaßen dabei helfen, die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und pflanzenwachstumsfördernden Rhizobakterien auf molekularer Ebene noch besser zu verstehen. Die Forschenden hoffen auf die Enträtselung weniger bekannter Pflanzenwachstumsaktivitäten, um zur Entwicklung neuer Biostimulansformulierungen und Werkzeuge für die Konzipierung neuer Züchtungsstrategien zu gelangen. „Unser Projekt ist sehr stark darauf ausgerichtet, zu einer nachhaltigen Landwirtschaft beizutragen“, bekräftigt Kalwasińska.
Schlüsselbegriffe
NitroFixSal, Bakterien, Rhizobakterien, Stickstoff, salzhaltig, Böden, Salzböden, Düngemittel, Enzyme, pflanzenwachstumsfördernde Rhizobakterien, PGPR
