Die Beimpfung von Nutzpflanzen mit Mykorrhizapilzen könnte eine entscheidende Lösung für die Herausforderungen in der modernen Landwirtschaft darstellen. Ein Forschungsprojekt der Universität Bonn hat gezeigt, dass diese Symbiose die landwirtschaftlichen Erträge signifikant steigern kann. Mykorrhizapilze sind bekannt dafür, das Wurzelsystem von Pflanzen zu erweitern und deren Fähigkeit zur Aufnahme von Mineralien und Nährstoffen zu verbessern, insbesondere von Phosphat.
Phosphat ist ein essenzieller Bestandteil des pflanzlichen Energiehaushalts. Jedoch zeigen die Ergebnisse der Forschung, dass Pflanzen in der Lage sind, Kohlenhydrate an die Mykorrhizapilze abzugeben. Diese gegenseitige Abhängigkeit kann jedoch die Symbiose unterdrücken, wenn ausreichend Phosphat im Boden vorhanden ist. Der Verzicht auf diese Symbiose hat negative Auswirkungen auf die Erträge, da Mykorrhizapilze auch die Aufnahme von Stickstoff, Magnesium und Kalium fördern.
Strategien zur Mykorrhizierung
Das Forschungsteam hat Strategien zur Mykorrhizierung von Kulturpflanzen entwickelt, die unabhängig vom Phosphatgehalt wirksam sind. Ein zentrales Element dieser Forschung ist das Enzym VIH2, das als Schalter für die Bildung der Symbiose identifiziert wurde. In der Modellpflanze Lotus japonicus steuert VIH2 die Erzeugung von Inositol-Pyrophosphaten, die den Phosphatstatus der Pflanzen anzeigen.
Bei niedrigem Phosphat produziert VIH2 nur wenige Inositol-Pyrophosphate, was ein Notprogramm aktiviert. In Szenarien mit ausreichendem Phosphat hingegen stoppt das Enzym die Produktion der Signalmoleküle, wodurch die Symbiose unterdrückt wird. Interessanterweise könnte eine Drosselung des Enzyms VIH2 die Bildung von Mykorrhiza auch bei ausreichend vorhandenem Phosphat ermöglichen.
Nachhaltigkeitsaspekte und Zukunftsperspektiven
Die erzwungene Mykorrhizabildung hat keine negativen Auswirkungen auf das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen und Pilze. Im Gegenteil, die Pflanzen zeigen eine verbesserte Aufnahme von Phosphat und anderen Nährstoffen. Dies deutet darauf hin, dass die Regulation der Mykorrhizasymbiose vom Phosphatgehalt im Boden entkoppelt werden kann. Daher könnten gezielte Beeinflussungen der Mykorrhizierung von Kulturpflanzen durch moderne Züchtungsverfahren, einschließlich der Genomeditierung, möglich sein.
Ein entscheidender Aspekt dieser Forschung liegt in der Optimierung der Symbiosebereitschaft. Obwohl die Effekte auf Ertrag und Stabilität unter realen Feldbedingungen noch weiter untersucht werden müssen, könnte die Mykorrhizierung eine strategie zur Reduzierung des Einsatzes von mineralischen Düngern darstellen. Dies ist besonders wichtig, da Phosphat eine begrenzte, nicht erneuerbare Ressource ist und übermäßiger Einsatz von Phosphat- und Mineraliendüngern zu gravierenden Umweltproblemen führen kann.
Die Herausforderungen der Landwirtschaft im 21. Jahrhundert erfordern innovative Lösungen. Die auf Mykorrhizapilze basierenden Ansätze könnten nicht nur die Erträge steigern, sondern auch zur nachhaltigen Bewirtschaftung der Böden und der Reduzierung der Eutrophierung beitragen. In diesem Kontext ist die Forschung an der Universität Bonn ein vielversprechender Ansatz in Richtung einer umweltfreundlicheren Landwirtschaft.