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Düngerfabrik in den Wurzeln

In ihren Wurzeln produzieren Soja und Klee mittels Bakterien Ammonium. Das ist schon länger bekannt. Nun konnten Wissenschaftler erstmals den Wirkungsmechanismus im Detail beschreiben.


Die neuen Erkenntnisse könnten helfen, mit Biotechnologie die Landwirtschaft nachhaltiger zu gestalten, schreibt die ETH Zürich in den ETH News. Die Pflanzen benötigen für ihr Wachstum Stickstoff in Form von Ammonium. Viele Kulturpflanzen müssen deshalb gedüngt werden. Wenige Pflanzen können das Ammonium aber selbst produzieren. Unter anderem sind das Bohnen und Erbsen. In deren Wurzeln leben Bakterien, die Stickstoff aus der Luft in Ammonium umwandeln können.

Komplexes Zusammenspiel zwischen Bakterien und Pflanze 

Das Zusammenspiel zwischen Pflanze und Bakterien ist komplexer als bisher gedacht, wie ETH-Forschende herausgefunden haben. Die Bakterien beziehen von der Pflanze neben Kohlestoff auch die stickstoffreiche Aminosäure Arginin. «Obschon die Stickstofffixierung der Knöllchenbakterien seit vielen Jahrzehnten untersucht wird, war das Wissen unvollständig», sagt Studienleiter Beat Christen, Professor für experimentelle Systembiologie, laut Mitteilung. «Unsere neuen Erkenntnisse werden es ermöglichen, die Abhängigkeit der Landwirtschaft vom Ammoniumdünger zu verringern und damit die Landwirtschaft nachhaltiger zu gestalten.»

Die Wissenschaftler vermuten, dass die neuen Erkenntnisse nicht nur für Klee und Soja gelten, sondern dass die Stoffwechselwege bei den anderen Hülsenfrüchtlern ähnlich ablaufen.

Ammonium als Abfallprodukt

Die Pflanzen stufen die Knöllchenbakterien als Krankheitserreger ein und versuchen ihnen den Sauerstoff zu entziehen, und es entsteht ein saures Umfeld. Die Bakterien nutzen also zusätzlich das Arginin der Pflanzen, um auf einen Stoffwechsel umzustellen, für den sie weniger Sauerstoff benötigen. Das saure Umfeld wird neutralisiert, indem die Mikroben sauermachende Protonen auf Stickstoffmoleküle aus der Luft übertragen. Dadurch entstehe Ammonium, das sie an die Pflanze weitergeben, schreibt die ETH Zürich. 

Um die saure Umgebung zu neutralisieren, übertragen die Mikroben sauermachende Protonen auf Stickstoffmoleküle aus der Luft. Dadurch entsteht Ammonium, welches sie sich vom Hals schaffen, indem sie es aus der Bakterienzelle schleusen und somit an die Pflanze geben. «Das für die Pflanze so wertvolle Ammonium ist für die Bakterien also bloss ein Abfallprodukt aus ihrem Überlebenskampf», sagt Beat Christen. Es ist also eigentlich ein Abfallprodukt, das aus dem Überlebenskampf der Bakterien entsteht.

Nachhaltigkeit dank Biotechnologie

Das Ziel der Forschung wird sein, die bakterielle Stickstofffixierung auf Kulturpflanzen zu übertragen. Die Forscher sind zuversichtlich, das dies dank dem neugewonnenen Wissen und der Biotechnologie möglich sein wird. Die nötigen Gene könnten entweder in die Pflanzen oder die Bakterien eingefügt werden. 

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