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Phosphor ist ein wichtiger Pflanzennährstoff. Es stimuliert das Wurzelwachstum, ist Teil der Photosynthese und des Transports von Nährstoffen durch die Pflanze, und ohne verzögert sich die Reife und es gibt wenige und schlecht ausgebildete Früchte und Samen. Die gute Nachricht ist, dass der Boden viel Phosphor enthält, mit Konzentrationen zwischen 200 und 6.000 Pfund pro Morgen. Die schlechte Nachricht ist, dass 80 Prozent dieses Phosphors unbeweglich sind und nicht von Pflanzen aufgenommen werden können. Wir haben es geschafft, dieses Problem zu lösen, indem wir dem Boden Nährstoffe als Dünger oder chemische Düngemittel zugesetzt haben. Aber Erosion und Abfluss von Feldern haben zu anderen Problemen geführt – wie Algenwachstum in Seen und Bächen.
Aber heute gibt es einige gute Nachrichten in der Welt des Phosphors. Ein Forschungsteam unter der Leitung der University of Washington und des Pacific Northwest National Laboratory hat gezeigt, dass Mikroben, die von Bäumen stammen, die neben unberührten Gebirgsbächen im Westen Washingtons wachsen, den in Böden eingeschlossenen Phosphor für landwirtschaftliche Nutzpflanzen zugänglicher machen könnten. Die Ergebnisse wurden im Oktober in der Zeitschrift Frontiers in Plant Science veröffentlicht .
Diese Bakterien sind „Endophyten“, Mikroorganismen, die als Endosymbionten
In dieser neuen Studie fanden Doty und Mitarbeiter heraus, dass endophytische Mikroben, die aus wild wachsenden Pappeln isoliert wurden, dazu beitrugen, wertvollen Phosphor aus der Umwelt freizusetzen, indem sie die chemischen Komplexe aufspalteten, die den Phosphor für Pflanzen unverfügbar gemacht hatten.
„Wir nutzen eine natürliche Pflanzen-Mikroben-Partnerschaft“, sagte Doty. „Dies kann ein Werkzeug sein, um die Landwirtschaft voranzubringen, da es diesen essentiellen Nährstoff liefert, ohne die Umwelt zu schädigen.“
Der Forschungswissenschaftler von Doty, Andrew Sher, und der UW-Student Jackson Hall demonstrierten in Laborexperimenten, dass die Mikroben die Phosphatkomplexe auflösen konnten. Pappelpflanzen, die in Dotys Labor mit den Bakterien geimpft wurden, wurden an den Mitarbeiter Tamas Varga geschickt , Materialwissenschaftler am Environmental Molecular Sciences Laboratory des Pacific Northwest National Laboratory in Richland, Washington. Dort verwendeten Forscher in ihrem Labor und in anderen nationalen Labors des US-Energieministeriums fortschrittliche Bildgebungstechnologien, um eindeutige Beweise dafür zu liefern, dass der von den Mikroben verfügbar gemachte Phosphor es bis in die Wurzeln der Pflanze geschafft hat.
Die Bildgebung zeigte auch, dass der Phosphor in Mineralkomplexen innerhalb der Pflanze gebunden wird. Endophyten, die in Pflanzen leben, sind einzigartig positioniert, um diese Komplexe wieder aufzulösen und möglicherweise die Versorgung mit diesem essentiellen Nährstoff aufrechtzuerhalten.
Während frühere Arbeit in Dotys Labor demonstrierten, dass Endophyten Pflanzen mit aus der Luft gewonnenem Stickstoff versorgen können, war ein solcher direkter Beweis dafür, dass Pflanzen von Endophyten gelösten Phosphor verwenden, zuvor nicht verfügbar.
Die Bakterien, die in diesen Experimenten verwendet wurden, stammten von wilden Pappeln, die entlang des Snoqualmie River im Westen Washingtons wachsen. In dieser natürlichen Umgebung können Pappeln trotz der geringen Verfügbarkeit von Nährstoffen wie Phosphor in ihrem natürlichen Lebensraum an felsigen Flussufern gedeihen. Mikroben helfen diesen Bäumen dabei, die Nährstoffe aufzunehmen und zu nutzen, die sie für ihr Wachstum benötigen.
Diese Erkenntnisse können auf landwirtschaftliche Nutzpflanzen angewendet werden, die häufig auf einer ungenutzten Fülle von „Alt“-Phosphor sitzen, der sich im Boden angesammelt hat aus jahrelanger Düngung. Mikroben könnten im Boden zwischen jungen Nutzpflanzen oder als Beschichtung auf Samen ausgebracht werden, um dabei zu helfen, gefangen gehaltenen Phosphor freizusetzen und ihn für die Verwendung durch Pflanzen zum Wachsen verfügbar zu machen. Die Reduzierung des Einsatzes von Düngemitteln und der Einsatz von Endophyten – wie sie von Doty und Varga untersucht wurden – öffnet die Tür für eine nachhaltigere Lebensmittelproduktion.
„Das ist etwas, das leicht vergrößert und in der Landwirtschaft eingesetzt werden kann“, sagte Doty.
UW hat die in dieser Studie verwendeten Endophytenstämme bereits an Intrinsyx Bio lizenziert, ein in Kalifornien ansässiges Unternehmen, das an der Kommerzialisierung einer Sammlung von Endophytenmikroben arbeitet. Die direkten Beweise der Forschung von Doty und Varga zur durch Endophyten geförderten Phosphoraufnahme sind „bahnbrechend für unsere Forschung zu Nutzpflanzen“, sagte John Freeman, Chief Science Officer von Intrinsyx Bio.
Diese Forschung wurde von der Byron and Alice Lockwood Foundation und dem U.S. Department of Energy Office of Science finanziert.
Material aus der Pressemitteilung der University of Washington mit Bearbeitungen und Ergänzungen von Kathy Voth.
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