Wie kann man Pflanzen fit gegen Dürren machen? Diese Frage stellt sich im Zuge des Klimawandels immer drängender. Eine Möglichkeit wäre die forcierte Besiedlung von Pflanzenwurzeln mit wachstumsfördernden Bakterien (sogenannten Plant Growth-Promoting Bacteria oder PGPBs), die Pflanzen bei Trockenstress unterstützen können. Um dies genauer zu untersuchen, hat ein internationales Wissenschaftlerteam unter anderen aus Saudi-Arabien, Österreich und Deutschland – in einer neuen Studie ein geeignetes Bakterium isoliert und genauer untersucht.

Wachstumsfördernde Bakterien

PGPBs sind natürlich im Boden vorkommende Mikroorganismen, die in die Wurzel eindringen und mit den Pflanzen eine symbiotische Verbindung eingehen. Sie unterstützen ihren Wirt beim Wachstum, indem sie Nährstoffe wie etwa Stickstoff pflanzenverfügbar machen, so wie die Knöllchenbakterien. Sie helfen Pflanzen auch bei der Besiedlung von schwermetall- und salzbelasteten Böden und unterstützen sie in trockenen Gebieten bei Wassermangel. Das macht sie interessant für Anpassungen an Trockenstress. Allerdings ist noch wenig über die dahinterstehenden Mechanismen bekannt.

Für ihre Versuche isolierten die Forschenden den Stamm SA190 des Bakteriums Pseudomonas argentinensis vom in der Wüste lebenden Strauch Indigofera argentea und impften damit die Wurzeln der Modellpflanze Acker-Schmalwand. Wachstumsversuche unter dreiwöchigem Wassermangel zeigten daraufhin, dass nur 10 Prozent der mit P. argentinensis besiedelten Pflanzen von starkem Trockenstress betroffen waren. In der Kontrollgruppe waren es 70 Prozent. Eine Woche nach erneuter Wässerung hatten sich alle mit P. argentinensis besiedelten Pflanzen erholt, aber nur die Hälfte der nicht besiedelten.

Anschließend zeigten Untersuchungen der Wurzelarchitektur, dass Arabidopsis-Pflanzen mit Bakteriumbesatz auch unter Trockenstress ähnlich lange Hauptwurzeln bildeten wie unter normalen Bedingungen. Auch ein Feinwurzelsystem entwickelte sich. Bei den Kontrollpflanzen hingegen war das Wurzelwachstum beschränkt: Sie besaßen nur eine kurze Hauptwurzel und kaum Feinwurzeln. Versuche mit der Saat-Luzerne zeigten, dass nicht nur die Acker-Schmalwand so reagiert: Hier hatten besiedelte Pflanzen nach zehn Tagen unter Trockenstress einen um 37 Prozent höheren Biomassezuwachs als die unbesiedelte Kontrollgruppe. Das Wissenschaftlerteam ist daher sicher, dass eine Besiedelung mit P. argentinensis auch Kulturpflanzen zugutekommen könnte.

Bessere Photosyntheseleistung, mehr Ertrag

Bei der Untersuchung der zugrundeliegenden Mechanismen entdeckten die Wissenschaftler Unterschiede in den Wurzelzellen der besiedelten Pflanzen, dank denen diese mit Trockenheit besser zurechtkamen. Weitere Unterschiede fanden sie bei den physiologischen Merkmalen: Mit P. argentinensis besiedelte Pflanzen hatten bei Wassermangel mehr geöffnete Stomata, einen höheren Wassergehalt in den Blättern und eine höhere Transpirationsrate. Das alles ermöglicht eine effektivere Photosynthese und schnelleres Wachstum. Das drückt sich in der Wassernutzungseffizienz (Water Use Efficiency, WUE) aus, die bei den besiedelten Pflanzen unter Trockenstress deutlich höher lag als bei den unbesiedelten Pflanzen.

Nach Überzeugung der Wissenschaftler zeigen die Ergebnisse eine potenziell einfache und kostengünstige Möglichkeit, Nutzpflanzen fit für das Wachstum unter trockenen Bedingungen zu machen. Die erforderlichen Bakterien könnten problemlos im Labor gezogen und die Samen vor der Aussaat mit den Mikroben umhüllt werden. Da die erforderlichen Gene erst bei Trockenstress aktiviert werden und die besiedelten Pflanzen unter normalen Bedingungen vergleichbare Biomassezuwächse zeigen wie nicht besiedelte, seien unter normalen Bedingungen auch keine Ertragseinbußen zu befürchten.

Quelle: pflanzenforschung.de