34.19: Die Rolle der Bakterien und Pilzen in der Pflanzenernährung

Pflanzen haben die beeindruckende Fähigkeit, ihre eigene Nahrung mit Hilfe der Photosynthese herzustellen. Jedoch benötigen Pflanzen oft Hilfe von Organismen im Boden, um für die Funktion notwendige Nährstoffe aufzunehmen. Sowohl Bakterien als auch Pilze haben symbiotische Beziehungen mit Pflanzen entwickelt, die der Art helfen in verschiedenen Umgebungen zu gedeihen.

Die gesamten Bakterien, die innerhalb und außerhalb der Pflanzenwurzeln leben, werden als Rhizosphäre bezeichnet. Diese bodenbewohnenden Bakterienarten sind unglaublich vielfältig. Obwohl einige pathogen sein können, fördern die meisten die Gesundheit der Pflanzen. Im Gegenzug erhalten die Bakterien Nahrung in Form von Kohlenhydraten, Aminosäuren und Nukleinsäuren von den Pflanzen.

Diese Bakterien können auch Rhizobakterien genannt werden und können die Pflanzen schützen, indem sie Antibiotika produzieren oder giftige Metalle des Boden aufnehmen. Darüber hinaus helfen die Bakterien den Pflanzen auf ansonsten unbrauchbare Nährstoffvorräte im Boden zu zugreifen. Zum Beispiel fehlt Pflanzen die molekulare Maschinerie, um Stickstoff direkt aus der Atmosphäre zu nutzen. Stattdessen nehmen sie Stickstoff in Form von Ammonium (NH4+) und Nitrat (NO3-) auf, welche durch bodenerhaltende Bakterien erzeugt werden.

Während eines Prozesses, der als Stickstofffixierung bezeichnet wird, wandeln bodenbewohnende Bakterien den atmosphärischen Stickstoff in Ammoniak um. Die Stickstofffixierung erfordert große Mengen an ATP, die Bakterien aus pflanzlichen Kohlenhydraten herstellen. Andere Bakteriengruppen wandeln Ammoniak in einem zweistufigen Prozesses, der Nitrifikation, in Nitrat um. Diese Prozesse versorgen Pflanzen mit Formen an Stickstoff für die Synthese von Proteine und Nukleinsäuren.

Pilze nehmen auch an symbiotischen Beziehungen mit Pflanzen teil. Wissenschaftler glauben, dass die mutualistische Symbiose zwischen Pflanzen und Mykorrhizapilze eine wichtige Adaption für die erfolgreiche Besiedlung des Lands war, da sie den frühen Pflanzen half, wesentliche Elemente aus dem Boden aufzunehmen. Moderne Mykorrhiza tragen zur Wassergewinnung, Wachstumsfaktor-Signalübertragung und zum Pflanzenschutz bei. Ektomykorrhiza verdecken Wurzeln und helfen, Wasser und Mineralien zu absorbieren. Gleichzeitig werden arbuskuläre Mykorrhiza in das Wurzelgewebe eingebettet, was den Kontakt zwischen den Pflanzenzellen und den verzweigten Filamenten des Pilzes, den Hyphen, erhöht.