Nachricht

Jul 09, 2023

Einheimische Rhizobien können Impfstoffe übertreffen

Die symbiotische Stickstofffixierung ist wie ein Geschäft zwischen Luzerne- und Rhizobienbakterien. Luzerne lässt Rhizobien in Knötchen an ihren Wurzeln leben und versorgt die Bakterien mit den dabei entstehenden Nährstoffen

Die symbiotische Stickstofffixierung ist wie ein Geschäft zwischen Luzerne- und Rhizobienbakterien. Luzerne lässt Rhizobien in Knötchen an ihren Wurzeln leben und versorgt die Bakterien mit Nährstoffen, die bei der Photosynthese entstehen. Im Gegenzug wandeln Rhizobien organischen Stickstoff in der Atmosphäre in eine anorganische Form um, die für Luzerne verfügbar ist.

Besonders gute Geschäftspartner sind Luzerne und Rhizobien. In einer aktuellen Ausgabe des Forage Focus der Midwest Forage Association sagt Barney Geddes von der North Dakota State University, dass Hülsenfrüchte wie Sojabohnen und Trockenbohnen etwa 80 % bzw. 50 % ihres Stickstoffbedarfs durch symbiotische Stickstofffixierung decken. Durch diesen Prozess kann Luzerne nahezu ihren gesamten Stickstoffbedarf decken.

Allerdings halten nicht alle Rhizobien ihren Teil der Abmachung ein. Geddes weist darauf hin, dass natürlich vorkommende Rhizobien unterschiedliche Fähigkeiten haben, Luzerne mit Stickstoff zu versorgen. Die Beimpfung von Luzernesamen kann dazu beitragen, die Beziehungen zwischen diesen Pflanzen und den Bakterien zu verbessern, doch manchmal können kommerzielle Impfmittel nicht mit den einheimischen Rhizobien konkurrieren, die sich bereits im Boden befinden.

„Das liegt daran, dass die einheimischen Rhizobien bereits gut an das Gedeihen in der lokalen Umgebung angepasst sind“, erklärt Geddes. „Unter dem Pantheon der Rhizobien, die im lokalen Boden verfügbar sind, sind einige möglicherweise einfach besser darin, die spezielle Luzerne-Sorte zu besiedeln, die durch Wechselwirkungen mit der Pflanzengenetik gepflanzt wird.“

Darüber hinaus kann sich die Art der mit einer Luzernepflanze verbundenen Rhizobien im Laufe der Zeit ändern. „Selbst wenn das Impfmittel im Etablierungsjahr in die Knöllchen gelangt, kann es daher in den Folgejahren schnell durch konkurrierende, weniger wirksame Rhizobien ersetzt werden“, fügt Geddes hinzu.

Rhizobienforschung

Es gibt keine eindeutige Antwort darauf, warum einige Rhizobienarten Stickstoff für Luzerne besser binden als andere. Geddes vermutet, dass die Bakterien den Prozess manipulieren könnten, indem sie Photosynthesestoffe von Pflanzen horten und wenig dafür zurückgeben. Die in einem bestimmten Feld heimischen Rhizobien könnten auch besser an eine andere Hülsenfrucht als Luzerne angepasst sein.

„Obwohl die Rhizobien-Hülsenfrucht-Symbiose viele Besonderheiten aufweist – zum Beispiel können Erbsen-Rhizobien keine Knötchen mit Luzerne bilden und umgekehrt –, gibt es andere Hülsenfrüchte, die Assoziationen mit der gleichen Art von Rhizobien wie Luzerne eingehen können“, erklärt Geddes .

Diese Hypothesen werden derzeit in einer von der National Alfalfa and Forage Alliance finanzierten Studie getestet. Über 500 Arten von Rhizobien wurden aus Luzernenbeständen in ganz North Dakota isoliert, die sich in Pflanzenart und Alter unterscheiden. Laut Geddes repräsentieren die Bestände auch einen Bereich des pH-Werts und des Salzgehalts des Bodens, zwei Bodeneigenschaften, die die Wurzelknollenbildung hemmen können.

„Wir hoffen, einige leistungsstarke Rhizobien zu identifizieren, die sowohl Elitefähigkeiten zeigen, die Pflanze mit Stickstoff zu versorgen, als auch mit einheimischen Rhizobien um eine gute Knollenbildung zu konkurrieren“, sagt Geddes. Diese Rhizobien werden dann in Inokulationsfeldversuchen eingesetzt.

„Zukünftige Umsetzung dieses Ansatzes könnte die Anpassung des Rhizobium-Impfmittels an einzelne Sorten oder bestimmte Bodentypen beinhalten“, schließt Geddes. „Wir erwarten, im Verlauf dieser Studie Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie stark jeder dieser Faktoren Einfluss darauf hat, welche Rhizobien am besten abschneiden.“