Einige Pflanzen, darunter Hülsenfrüchte, nutzen Bakterien, um Stickstoff aus der Atmosphäre und als Nährstoff zu binden. Jetzt ist es Wissenschaftlern mithilfe gentechnischer Veränderungen gelungen, einen Teil dieses Prozesses, die so genannte Nodulation, auch ohne die Beteiligung von stickstoffbindenden Bakterien auszulösen. Wie die Forscher in „Nature“ berichten, könnte mit dieser Bildung von Wurzelknöllchen ein wichtiger Schritt hin zu einem Transfer der Nodulation und somit der wertvollen Stickstofffixierung auch bei Nutzpflanzen wie Getreide oder Mais gelungen sein.
Die Fixierung von Stickstoff aus der Atmosphäre trägt zum Nährstoffgehalt des Bodens bei und macht das Element erst für die Pflanzen verwertbar. Leguminosen verdanken ihre Fähigkeit, den atmosphärischen Stickstoff direkt umzuwandeln einer Symbiose mit speziellen Bakterien, die in so genannte Nodulen – Knöllchen – in ihren Wurzeln sitzen. Wissenschaftler arbeiten seit Jahren daran, diese Symbiose zwischen den Knöllchenbakterien und den Pflanzen so weit zu verstehen, dass sie diese wertvolle Fähigkeit auch auf Nutzpflanzen wie Getreide oder Mais übertragen können.
Bisher: Dünger bringt Stickstoff
Bisher basiert der intensive Getreideanbau stark auf anorganischen Düngemitteln, um die Pflanzen mit Nährstoffen, darunter vor allem Stickstoff, zu versorgen. Die Düngemittelproduktion wiederum verbraucht große Menge an Energie – 50 Prozent des fossilen Brennstoffverbrauchs der modernen Landwirtschaft geht darauf zurück. Gleichzeitig sind anorganische Düngemittel für viele Umweltprobleme verantwortlich, darunter die Eutrophierung von Gewässern und die Verseuchung des Grundwassers.
Wissenschaftler um Dr. Giles Oldroyd vom John Innes Centre (JIC) im britischen Norwich und der Washington State Universität in den USA haben jetzt ein Schlüsselgen der Leguminose so modifiziert, dass es auch ohne die Interaktion mit den symbiotischen Knöllchenbakterien das Wachstum von Wurzelknöllchen auslöst.
Zukünftig: Knöllchen fixieren Stickstoff?
„Wir haben jetzt ein gutes Verständnis der Prozesse, die für die Aktivierung der Knöllchenentwicklung notwendig sind“, erklärt Oldroyd. „Das Knöllchen ist eine essenzielle Komponente der Stickstoff fixierenden Interaktion, da es den Bakterie die benötigten Bedingungen schafft. Normalerweise aber werden die Knöllchen nur dann gebildet, wenn die Pflanze die Gegenwart von Bakterien registriert. Die Tatsache, dass wir diese Bildung auch in Abwesenheit der Mikroben auslösen können, ist ein erster wichtiger Schritt hin zu einem Transfer dieses Prozesses auch auf Nicht-Leguminosen.“
Sollte dies langfristig gelingen, könnte es den Bedarf an anorganischen Düngemitteln dramatisch senken und auch den damit verbundenen Energieverbrauch und die Umweltbelastung. „Wir haben aber noch eine Mengen Arbeit zu tun, bis wir Knöllchen auch in Nicht-Leguminosen auslösen können“, ergänzt Oldroyd.
(Biotechnology and Biological Sciences Research Council, 29.06.2006 – AHE)
