Forschende an der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Bakteriengattung entdeckt, die das Wurzelwachstum von Pflanzen und deren Fähigkeit zur Stickstoffaufnahme fördert. Diese Erkenntnisse könnten bahnbrechende Ansätze für die Entwicklung von sogenannten „Pflanzenprobiotika“ eröffnen, die dazu beitragen, den Einsatz von Stickstoffdüngern in der Landwirtschaft zu reduzieren. Durch diese Innovation könnte die Landwirtschaft umweltfreundlicher gestaltet werden, indem weniger chemische Düngemittel benötigt werden.
Das Wachstum von Pflanzen ist eng mit einem vielfältigen Mikrobiom verbunden, das aus zahlreichen Mikroorganismen besteht, die im Boden leben. Diese Mikroben interagieren nicht nur mit den Pflanzen, sondern können deren Wachstum auch aktiv beeinflussen. Professor Peng Yu, der an der TUM den Bereich Pflanzengenetik leitet, betont, dass Pflanzen in der Lage sind, ihr Mikrobiom gezielt zu verändern, um ihre eigenen Bedürfnisse zu erfüllen. Diese Wechselbeziehungen zwischen Pflanzen und Mikroben könnten gezielt genutzt werden, um spezifische Mikroorganismen einzusetzen, die den Pflanzen zugutekommen.
Um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen besser zu verstehen, hat das Forschungsteam die genetischen, metabolischen und physiologischen Aspekte dieser Beziehungen untersucht. Es wurde festgestellt, dass etwa 45 % der natürlichen Variationen in der Stickstoffaufnahme von der Genetik sowohl der Pflanzen als auch der Mikroben abhängen. Eine detaillierte Analyse ergab, dass 203 bakterielle Gensequenzen stark von der Wirtspflanze beeinflusst werden, was darauf hindeutet, dass Pflanzen in der Lage sind, die Zusammensetzung ihres Mikrobioms aktiv zu steuern.
Besonders vielversprechend ist die Bakteriengruppe Sphingopyxis, die in ersten Experimenten mit Raps untersucht wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anwendung dieser Bakterien die Wurzelentwicklung selbst in Böden mit niedrigem Stickstoffgehalt verbessern kann. Dies könnte bedeuten, dass der Bedarf an Stickstoffdüngern reduziert werden kann, ohne dass das Wachstum oder die Erträge der Pflanzen darunter leiden. Die Forscher sehen in Sphingopyxis daher einen vielversprechenden Kandidaten für die Entwicklung von Pflanzenprobiotika, die nicht nur das Pflanzenwachstum fördern, sondern auch die Umweltbelastung durch reduzierten Stickstoffeinsatz verringern könnten.
Professor Yu und sein Team haben das Ziel, eine Mischung aus verschiedenen Mikroorganismen zu entwickeln, die synergistische Vorteile für die Pflanzen bieten. Die weitere Forschung wird sich darauf konzentrieren, zusätzliche Mikroben zu identifizieren, die nicht nur die Aufnahme von Stickstoff, sondern auch dessen Verwertung in den Pflanzen unterstützen können. Diese Entwicklungen könnten langfristig dazu beitragen, die Landwirtschaft effizienter und nachhaltiger zu gestalten.
Die Bedeutung dieser Forschung geht weit über die Laborergebnisse hinaus. In einer Zeit, in der der Druck auf die Landwirtschaft zunimmt, um den wachsenden Nahrungsmittelbedarf zu decken und gleichzeitig die Umwelt zu schonen, sind innovative Ansätze wie die Entwicklung von Pflanzenprobiotika von entscheidender Bedeutung. Die Verwendung von Mikroben als natürliche Förderer des Pflanzenwachstums könnte nicht nur die Produktivität steigern, sondern auch die Abhängigkeit von chemischen Düngemitteln verringern, was letztendlich der Umwelt zugutekommen würde.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entdeckungen der TUM-Forschenden zu Sphingopyxis und deren Rolle als potenzielle Pflanzenprobiotika einen vielversprechenden Ansatz für die Zukunft der Landwirtschaft darstellen. Die Möglichkeit, durch gezielte Mikrobiom-Interventionen die Ressourcen der Landwirtschaft effizienter zu nutzen, könnte entscheidend sein, um die Herausforderungen der modernen Landwirtschaft zu meistern. Die Forschung in diesem Bereich verspricht spannende Entwicklungen, die sowohl die Erträge steigern als auch ökologische Fußabdrücke verringern können.
