Pflanzenbau: Pilz-Symbiose könnte Kunstdünger einsparen

Wissenschaftler haben entdeckt, dass Pflanzen in der Symbiose mit speziellen Bodenpilzen mehr Phosphat aufnehmen – ein Ansatz für nachhaltigen Pflanzenbau.

Phosphor ist einer der Hauptnährstoffe für Pflanzen. Er wird unter anderem für die Bildung von Pflanzenabwehrstoffen und für die gesunde Entwicklung von Samen benötigt. Auch für das Wurzelwachstum ist er wichtig. Wie eine Symbiose mit Pilzen auf molekularer Ebene durch den Ernährungszustand mit Phosphat der Pflanze reguliert wird, hat ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter Federführung der Technischen Universität München (TUM) und der Chinesischen Universität Hongkong aufgeklärt. Die Entdeckung könnte Pflanzenbau nachhaltiger machen.

Pilz transportiert Phosphat in die Wurzel

Die Wissenschaftler haben festgestellt, dass Pflanzen besser Phosphat aufnehmen, wenn sie mit speziellen Bodenpilzen zusammenarbeiten. Die arbuskuläre Mykorrhiza, eine Symbiose mit solchen Pilzen, wird von mehr als 80 Prozent der Pflanzen gebildet. Der Pilz dringt in die Wurzel-Rindenzellen ein und verzweigt sich im Boden. Das dadurch entstehende sogenannte Hyphennetzwerk um die Wurzel herum nimmt Phosphat aus dem Boden auf und transportiert es direkt in die Wurzel. Dort wird das Phosphat an bäumchenförmigen Pilzstrukturen, die sich innerhalb von Wurzelzellen ausbilden, direkt in die Wurzelzellen entlassen.

„Interessanterweise kann die Pflanze die Ausbildung der Symbiose je nach ihrem physiologischen Zustand regulieren. Die Symbiose wird gefördert, wenn Pflanzen unter Phosphatmangel leiden und unterdrückt, wenn Pflanzen ausreichend mit Phosphat ernährt sind, zum Beispiel durch Düngen“, erklärt Caroline Gutjahr, Professorin für Pflanzengenetik an der TUM. „Wahrscheinlich geschieht das, um organischen Kohlenstoff einzusparen, mit dem der Pilz durch die Pflanze versorgt wird.“ Diese Beobachtung wurde schon vor rund 50 Jahren gemacht, aber der molekulare Mechanismus, wie die arbuskuläre Mykorrhiza bei hohem Phosphat unterdrückt wird, war nicht bekannt.

Potenzial für nachhaltigen Pflanzenbau

Die Wissenschaftler sehen in der Symbiose ein hohes Potenzial für die Anwendung in nachhaltiger Landwirtschaft. Sie kann dafür sorgen, dass weniger Kunstdünger benötigt wird. „Auf der Grundlage unseres neuen Wissens könnte durch Züchtung oder Genomeditierung die Phosphatempfindlichkeit von Pflanzen verändert werden“, sagt Prof. Gutjahr.

Foto: Prof. Caroline Gutjahr im Labor. © U. Benz/TUM

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