Wurzelsymbiose könnte Abhängigkeit von Mineraldünger im Weizenanbau reduzieren Landwirtschaft: Pilze statt Dünger? - scinexx | Das Wissensmagazin
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Landwirtschaft: Pilze statt Dünger?

Wurzelsymbiose könnte Abhängigkeit von Mineraldünger im Weizenanbau reduzieren

Weizenfeld
Weizen kann wie viele andere Pflanzen Symbiosen mit Pilzen eingehen. © University of Leeds

Nützliche Partnerschaft: Weizen könnte künftig verstärkt von einer Symbiose mit Pilzen profitieren – wenn man die richtigen Sorten anpflanzt. Denn einige Weizensorten profitieren stärker von den Wurzelpilzen und nehmen dadurch mehr Nährstoffe auf, wie eine Studie belegt. Der gezielte Anbau solcher Sorten könnte demnach Düngemittel einsparen helfen – zum Wohl von Böden, Grundwasser und Klima.

Die meisten Pflanzen gehen unter der Erde eine Partnerschaft mit Pilzen ein: Zwischen ihren Wurzeln und diesen Organismen bilden sich sogenannte Mykorrhizen. Die Pflanzen profitieren von dieser Symbiose, weil sie mithilfe ihrer Pilzpartner mehr Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor aus dem Boden aufnehmen können. Im Gegenzug versorgen sie die Pilze mit durch Photosynthese produzierten Kohlenhydraten.

Ausgerechnet viele Nutzpflanzen haben die Fähigkeit zu dieser engen Lebensgemeinschaft jedoch verloren. Als Folge jahrzehntelanger Zuchtprozesse sind zum Beispiel manche Getreidesorten heute nur noch bedingt dazu in der Lage, Nährstoffe von Pilzpartnern aufzunehmen – und benötigen deshalb mehr Düngemittel. Forscher befürchten zudem, dass sich auch der Klimawandel ungünstig auf diese Partnerschaften auswirken könnte.

Mykorrhiza
Mykorrhiza: eine Symbiose zwischen Pilzen und Pflanzenwurzeln © University of Leeds

Pilz trifft Weizen

Tom Thirkell von der University of Leeds und seine Kollegen haben sich in diesem Zusammenhang nun der Symbiose zwischen Pilzen und Weizen gewidmet. Sie wollten wissen: Wie gut funktioniert das wechselseitige Geben und Nehmen bei unterschiedlichen Sorten? Und welchen Einfluss hat ein höherer CO2-Gehalt in der Atmosphäre auf die Nährstoffaufnahme?

Um dies herauszufinden, ließen die Wissenschaftler Mykorrhizapilze die Wurzeln dreier gängiger Weizensorten besiedeln: Skyfall, Avalon und Cadenza. Das Getreide wuchs dabei in einer von zwei Kammern mit unterschiedlichen Klimabedingungen. Neben der heutigen CO2-Konzentration simulierte das Team die für das Jahr 2100 prognostizierten Bedingungen, wenn die Erderwärmung weiter voranschreitet wie bisher.

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Wer profitiert am meisten?

Die Ergebnisse offenbarten: Die drei Weizensorten profitierten nicht alle im gleichen Maße von der Vergesellschaftung mit den Pilzen. Für vergleichbare Kosten in Form von Kohlenhydraten erhielt die Sorte Skyfall demnach mit Abstand die meisten Nährstoffe. So nahm sie 570-mal mehr Phosphor auf als Avalon und 225-mal mehr als Cadenza, wie die Forscher berichten.

Bei allen drei Sorten veränderte sich der Austausch von Stickstoff und Phosphor durch die höheren CO2-Gehalte nicht wesentlich – und auch der Preis für die Nährstoffe blieb derselbe. Damit widerlegen die Experimente Annahmen, nach denen Pilze bei höheren CO2-Konzentrationen mehr Kohlenhydrate von ihren pflanzlichen Wirten nehmen und ihnen damit im Endeffekt mehr schaden als nutzen.

„Großes Potenzial“

Getreide könnte demnach künftig trotz steigender Treibhausgase in der Atmosphäre von Mykorrhizen profitieren, wie die Wissenschaftler betonen. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Zucht von Getreidesorten mit der Fähigkeit zu einer engen Beziehung mit nützlichen Pilzen großes Potenzial hat“, konstatiert Thirkell.

Dies gilt sowohl im Sinne der Produktivität als auch der Nachhaltigkeit: Sorten, die das Optimum aus ihren Symbiosepartnern herausholen, verbessern die Erträge und reduzieren gleichzeitig den Düngerbedarf. Letzteres ist wichtig, weil der exzessive Einsatz mineralischer Düngemittel als ein wesentlicher Treiber des Klimawandels gilt und außerdem mit Umweltschäden wie der Belastung des Grundwassers einhergeht.

„Diese Pilze sind sicherlich nicht das Wundermittel für mehr Produktivität und Nachhaltigkeit beim Nahrungspflanzenanbau. Doch sie könnten uns helfen, unsere Abhängigkeit von Düngern zu reduzieren“, schließt Thirkells Kollegin Katie Field. Wie gut die Pilze den Dünger wirklich ersetzen können, müssen nun Experimente auf dem Feld zeigen. (Global Change Biology, 2019; doi: 10.1111/gcb.14851)

Quelle: University of Leeds

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