Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Unsichtbarer Schutzschild: Bakterien aus ariden Regionen machen Weizen ertragssicherer

03.06.2014

Um Weizen, eine der wichtigsten Nutzpflanzen, toleranter gegenüber Trockenheit zu machen, nahmen Forscher die Hilfe von Bakterien in Anspruch. Sie sammelten die Mikroorganismen aus extrem trockenen (ariden) Standorten und siedelten diese an Weizenwurzeln an. Und siehe da, nicht nur die Überlebensrate bei Dürre verbesserte sich, sondern auch das Wachstum der Pflanzen und die Erträge. Die Bakterien bilden dabei einen „Schutzschild“, einen Biofilm, um die Wurzeln. Mit diesem Biofilm unterstützen die Bakterien die Wasserversorgung der Pflanze bei Trockenheit.

Die Mikroorganismen-Gemeinschaften, die sich im Boden rund um die Wurzeln von Pflanzen befinden, in der sogenannten Rhizosphäre, können diese schädigen aber auch förderlich für die Gesundheit und das Wachstum der Pflanzen sein. Ein internationales Forscherteam nutzte dieses altbekannte Wissen, um zu testen, ob Bakterien aus extrem trockenen Standorten Weizenpflanzen (Triticum aestivum) helfen können, Trockenheit besser zu überdauern. Die Idee ist einfach: Wenn diese Bakterien sich im Laufe der Evolution an die trockenen Standorte angepasst haben und dort Pflanzen als unsichtbare Helfer dienen, dann könnten sie dies auch bei Nutzpflanzen in unseren Breiten tun.


Bei hohen Temperaturen und wenig Regen, leiden unsere Nutzpflanzen unter Trockenstress. So auch Weizen, der hier als Versuchspflanze genutzt wurde. (Bildquelle: © jupiter55/iStock/Thinkstock)

Trockentolerante Bakterien als Helfer

Die Wissenschaftler sammelten dazu mehrere Boden-Bakterienstämme aus verschiedenen ariden Regionen der Welt. Diese Stämme siedelten sie auf Weizenkörnern an. Nachdem die Samen keimten und die Pflanzen zu wachsen begannen, simulierten die Forscher eine Dürre und beobachteten, wie sich die mit „fremden“ Bakterien besiedelten Pflanzen, im Vergleich zu einer Kontrollgruppe ohne Bakterien, entwickelten. Die Weizenpflanzen mit neuen Mikroben zeigten eine fünffach höhere Überlebensrate und bildeten unter diesen widrigen Umständen fast bis zu 80 Prozent mehr Biomasse.

Die untersuchten Bakterienstämme stammten nicht nur aus unterschiedlichen Regionen, sondern auch aus der Rhizosphäre unterschiedlicher Pflanzenarten: Von Wildgerste (Hordeum spontaneum) aus Israel, von der Gelb-Kiefer (Pinus ponderosa) aus Arizona in den USA und von Reis (Oryza sativa) aus Ägypten. Ihnen gemeinsam ist, dass sie alle unter extrem trockenen Bedingungen wachsen. Über Millionen von Jahre koevolvierten die Bakterien mit den Pflanzen und halfen diesen, gegen die Umwelteinflüsse besser gewappnet zu sein. Für die im Experiment verwendete Weizenlinie waren die Bakterienstämme Bacillus thuringiensis AZP2 aus Arizona und Paenibacillus polymyxa B aus Ägypten am wirksamsten, da hier die Überlebensraten am höchsten waren.

Bakterieller Biofilm hält das Wasser

Die Forscher entdeckten, dass die Bakterien eine Schutzschicht, einen Biofilm, um die Wurzelhaare bildeten. Durch die Bakterien bildeten die Weizenpflanzen im Experiment nicht nur mehr, sondern auch dickere und längere Seitenwurzeln und zwei bis dreifach längere Wurzelhaare. Dadurch konnten sie Wasser aus tieferen Bodenschichten aufnehmen. Durch den Biofilm konnten die Pflanzen zudem effizienter mit dem verfügbaren Wasser haushalten. Dieser schützt die Pflanzen zusätzlich bei Dürre.

Neue Methode zur Stress-Analyse

Verglichen mit den Kontrollpflanzen ohne Bakterien, hatten die Pflänzchen mit Bakterien eine höhere Photosyntheseleistung. Dies ist neben der sichtbar höheren Überlebensrate und dem besseren Wachstum ein klares Zeichen, dass die Bakterien den Pflanzen bei Trockenstress helfen, denn normalerweise vermindert sich die Photosyntheseleistung bei Trockenheit. Gleichzeitig verströmten diese weniger flüchtige organische Verbindungen (engl. volatile organic compounds, VOC). Diese Stoffe werden von Pflanzen unter Stress vermehrt ausgesendet. Einige dieser VOCs werden ausschließlich unter Stress gebildet. Die Forscher stellten fest, dass die geringere Aussendung von VOCs mit einer höheren Photosyntheseleistung und einer höheren Überlebensrate signifikant miteinander in Beziehung steht.

Im Experiment nutzten die Forscher diese leicht flüchtigen Verbindungen, um die positive Wirkung der Bakterien auf die Pflanzen zusätzlich zu bestätigen. Senden die Pflanze weniger leicht flüchtige Verbindungen aus, war dieser Bakterienstamm für den Weizen ein nützlicher Partner im Kampf gegen die Trockenheit. So könnte künftig schnell anhand der VOCs identifiziert werden, ob ein Bakterienstamm ein geeigneter Helfer ist.

Die Wissenschaftler schlagen zudem vor, diese VOCs künftig gezielt zu nutzen, um zu erfahren, wie gestresst Pflanzen sind, bevor eine sichtbare Schädigung eintritt. Sie identifizierten drei Stoffe als vielversprechende Kandidaten für ein solches Monitoring. Denn kann man frühzeitig den Stress-Level der Pflanzen erfassen, können Gegenmaßnahmen eingeleitet werden bevor sichtbare und irreparable Schäden auftreten. Damit sich diese neuartige Methode auch für die praktische Landwirtschaft  eignet, müssen Geräte, die in der Lage sind, diese kleinen Mengen an flüchtigen Verbindungen im Feld zu analysieren, preiswerter und robuster werden. Derzeit sind diese einfach noch zu teuer für die Anwendung in der Landwirtschaft. Für die Forscher ist es aber nur noch eine Frage der Zeit, bis dies möglich wird. 

Bakterien als kostengünstige Unterstützung

In Zeiten des Klimawandels häufen sich auch Wetterextreme wie Dürreperioden. Wasser wird in einigen Regionen der Welt zu einer noch wertvolleren Ressource. Der gezielte Einsatz von Bodenbakterien könnte zur Unterstützung aufwändiger züchterischer Veränderungen von Nutzpflanzen eine kostengünstige und einfache Alternative sein, um Nutzpflanzen besser für den Klimawandel zu wappnen. Es ist jedoch noch weitere Forschung nötig, um Bakterien gezielt in der landwirtschaftlichen Praxis als Helfer gegen Trockenheit einsetzen zu können und die pflanzlichen Stresssignale frühzeitig zu erkennen.  

Timmusk, S. et al. | Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.pflanzenforschung.de/index.php?cID=9902

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht Dendromax: Züchtung und Vermehrung von Mehrklonsorten der Hybridlärche, Douglasie und Aspe
27.02.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

nachricht Arten verschwinden, Pflanzenfraß bleibt
07.02.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

27.02.2017 | Veranstaltungen

Fachtagung Rapid Prototyping 2017 – Innovationen in Entwicklung und Produktion

27.02.2017 | Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Herz-Untersuchung: Kontrastmittel sparen mit dem Mini-Teilchenbeschleuniger

27.02.2017 | Medizintechnik

Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa

27.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wenn der Schmerz keine Worte findet - Künstliche Intelligenz zur automatisierten Schmerzerkennung

27.02.2017 | Medizintechnik