Unter allen Organismengruppen, die im Boden leben sind es vor allem die Mikroorganismen, die immer mehr in den Mittelpunkt des Interesses rücken.
Das Interesse an Mikroorganismen hat stark zugenommen, vor allem seit dem wir begannen, sie mit leistungsfähigen Instrumenten (wie Mikroskopen) näher betrachten zu können. Und damit mehr Einblick in die Genetik und Molekularbiologie gewonnen werden konnte.
Als wir begannen, die Welt des Bodenmikrobioms zu erforschen, wurde uns schnell klar, wie groß und komplex dieses unterirdische Universum wirklich ist – mit Sicherheit viel komplexer als bisher angenommen.
Im Umgang mit dieser Komplexität hat sich ein Forschungszweig vom Boden zur Pflanze bewegt – und untersucht die Mikroorganismen auf und in der Pflanze.
Das Pflanzenmikrobiom, auch genannt Phytomikrobiom.
Die mikrobielle Gemeinschaft des Pflanzenmikrobioms besteht aus Bakterien, Archaeen, Pilzen, Viren, Algen und gelegentlich Nematoden und Protozoen. Im Boden sind auch all diese Organismen anzufinden.
Bakterien sind die bei weitem am häufigsten vorkommenden Mikroben über der Erde, sowohl was die Anzahl als auch die Vielfalt betrifft.
Alle diese Mikroben, die mit und auf der Pflanze sind, kommen entweder aus der Umwelt (Boden und Atmosphäre) oder sie kommen von der Mutterpflanze über das Saatgut.
In jedem der pflanzenassoziierten Lebensräume leben einige Mikroben innerhalb des Pflanzengewebes (Endophyten), während andere außerhalb der Pflanze auf deren Oberfläche leben (Epiphyten).
Es gibt einige Überschneidungen zwischen den Mikroben, die sich auf verschiedenen Pflanzenteilen ansiedeln, aber überraschenderweise sind viele der Arten völlig einzigartig und unterscheiden sich voneinander und erfüllen spezifische Aufgaben und Funktionen in ihren jeweiligen Mikrohabitaten.
Lasst uns kurz einige der verschiedenen Regionen des Pflanzenmikrobioms – auch Phytomikrobiom genannt – entdecken:
Das Wurzelmikrobiom
Oft als Rhizosphäre bezeichnet, sind dies die Mikroben, die mit den Wurzelsystemen der Pflanzen assoziiert sind. Die Organismen in der Rhizosphäre sind sehr gut untersucht und spielen eine besonders wichtige Rolle für Nährstoffaufnahme, die Immunität der Pflanze und ihre Widerstandsfähigkeit bei Umweltbelastungen.
Das Sprossmikrobiom
Die Mikroben, die im Sprossgewebe leben sind eng verwandt mit denen die im Boden leben. Dies zeigt die Bedeutung des Bodens auf – als primäre Quelle für Mikroorganismen, die die Pflanze besiedeln.
Die im Spross vorkommenden Endophyten sind innerhalb der Pflanze sehr mobil und werden häufig auch im Samen gefunden – sie sind Teil des Samenmikrobioms für die nächste Generation.
Blattmikrobiom
Es hat sich gezeigt, dass das Blattmikrobiom Photosynthese und Transpiration beeinflusst und damit eine wichtige Rolle für die Pflanzenentwicklung, insbesondere unter schwierigen Klima- und Wetterbedingungen, spielt.
Blütenmikrobiom
Unser Wissen über die Mikroben, die mit Blüten einhergehen ist im Vergleich zu anderen oberirdischen Pflanzenhabitaten weitaus geringer.
Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass diese attraktiven Lebensräume regelmäßig von einer Vielzahl von Insekten besucht werden, die die Übertragung die Übertragung anderer Mikroben erleichtern – und natürlich auch einen Fingerabdruck ihrer eigenen Insekten assoziierten Mikrobioms hinterlassen.
Die mit den Blüten assoziierten Organismen haben mit dem Fortpflanzungserfolg von Pflanzen zu tun – es wurde sogar nachgewiesen, dass sie Blumendüfte (flüchtige organische Verbindungen) als Nahrungsquelle nutzen und zusätzlich deutliche Veränderungen in der Ausprägung der Blütendüfte einer Pflanze hervorrufen.
Samenmikrobiom
Wie andere Teile der Pflanze sind auch die Samen mit einer einer vielfältigen Gruppe von Mikroorganismen besiedelt.
Am Ende der reproduktiven Entwicklung dienen die Organismen auf und in den Samen als Reservoir für die nächste Generation. Sie etablieren sich typischerweise als Endophyten in den Nachkommen des nächsten Jahres.
Funktionell gesehen produzieren die Mikroorganismen der Samen eine Reihe von Stoffwechselprodukten, die die Keimung und Etablierung sowie die Pflanzenleistung und Produktivität unter Stressbedingungen verbessern.
Mikroben im Einsatz - auf und in der Pflanze
Das pflanzliche Mikrobiom beeinflusst sowohl direkt als auch indirekt die Leistung und Produktivität der Pflanzen.
Die Nährstoffversorgung (durch Verfügbarmachung aus Bodenreserven oder biologische Stickstofffixierung) sowie die Produktion von wachstumsfördernden Hormonen sind die direkten Mechanismen, die das Pflanzenwachstum unterstützen.
Indirekt können die Pflanzen auch spezifische Mikroben rekrutieren, die ihnen bei der Überwindung verschiedener biotischer und abiotischer Stressfaktoren helfen, wie z.B. Aktivierung von Mikroben die, die Dürreresistenz verbessern können.
Verständlicherweise wird der Impuls den Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden weiter zu reduzieren stärker – sei es vom Landwirten, Verbraucher oder aus der Politik.
Es gibt auch Potenzial für den Einsatz von selbst hergestellten oder kommerziellen mikrobiellen Inokulums – wie Kompost und Kompost-Extrakten – um diesen Übergang zu unterstützen.
Herausforderung bei der Herstellung und Anwendung dieser Produkte sind die Qualität und auch das präzise Ausbringen unter Feldbedingungen.
Zusammenfassend lässt sich sagen: Ein besseres Verständnis über die Funktion des Pflanzenmikrobioms wird uns helfen eine produktive und regenerative Landwirtschaft zu erschaffen.
Referenzen
1. Understanding phytomicrobiome: A potential reservoir for better crop management. (2020). doi: 10.3390/su12135446
2. Phytomicrobiome for promoting sustainable agriculture and food security: Opportunities, challenges, and solutions. (2021). doi: 10.1016/j.micres.2021.126763
3. Plant microbiome: A reservoir of novel genes and metabolites. (2019). doi: 10.1016/j.plgene.2019.100177
4. Toward Comprehensive Plant Microbiome Research. (2020). doi: 10.3389/fevo.2020.00061
5. Microbiome selection could spur next-generation plant breeding strategies. (2016). doi: 10.3389/fmicb.2016.01971
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