07.09.2018 | Forschung | Umwelt & Materie

Maispflanzen investieren in die Gesundheit künftiger Generationen

Über ihre Wurzeln manipulieren Maispflanzen gezielt die umliegenden Bodenmikroorganismen, damit diese die künftige Pflanzengeneration in der Abwehr gegen schädliche Insekten unterstützen. Dieser Befund eröffnet neue Möglichkeiten einer nachhaltigen Schädlingsbekämpfung in der Landwirtschaft. Klaus Schläppi vom Institut für Pflanzenwissenschaften hat diesen Abwehrmechanismus entdeckt und erklärt, wie er funktioniert.

Interview: Ivo Schmucki

Herr Schläppi, in einer kürzlich veröffentlichten Studie in «Nature Communications» berichten Sie, dass Maispflanzen gezielt Abwehrstoffe in den umliegenden Boden absondern. Was haben Sie genau herausgefunden?
Klaus Schläppi: Es ist schon seit langem bekannt, dass Pflanzen wie zum Beispiel Mais die Eigenschaften des umliegenden Bodens durch Ausscheiden von einer Vielzahl chemischer Stoffe verändern. Die Pflanzen beeinflussen den Bodenbereich der die Wurzeln umgibt und schaffen sich somit ideale Wachstumsbedingungen. Diese Beeinflussung des Bodens ist oftmals anhaltend und bestimmt dann auch das Wachstum der nächsten Pflanzengeneration. Man spricht in diesem Fall von «Pflanzen-Boden-Feedbacks». In Zusammenarbeit mit Professor Matthias Erb von der Universität Bern und dem Forschungsinstitut Agroscope konnten wir nun in Feld- und Gewächshausversuchen erstmals den Mechanismus einer solchen Wechselwirkung zwischen Pflanze und Boden entschlüsseln.

Und wie funktioniert diese Wechselwirkung genau?
Maispflanzen geben über die Wurzeln sogenannte Benzoxazinoide – das sind klassische Abwehrstoffe von Getreidepflanzen – in den Boden ab. Diese Stoffe verändern die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft, die entscheidend ist für die Eigenschaften des umliegenden Bodens. Wir haben festgestellt, dass eine neue Generation von Maispflanzen, die in Benzoxazinoid-konditionierten Böden wurzeln, resistenter sind gegen Schadinsekten und somit besser wachsen. Der Mais bekämpft die Schädlinge also nicht direkt, sondern schafft im umliegenden Boden Verhältnisse, die der nächsten Generation bei der Abwehr gegen Schädlinge hilfreich sind. Der Vorteil dabei ist, dass die Verhältnisse im Boden bestehen bleiben, auch nachdem die Pflanze abgestorben ist. Auch die folgenden Pflanzengenerationen profitieren noch von den ausgeschiedenen Benzoxazinoiden und können besser gedeihen.

Das sind also gute Neuigkeiten für die Landwirtschaft?
Ganz genau, die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft hat bei Pflanzen einen grossen Einfluss auf die Gesundheit und Produktivität und ist somit landwirtschaftlich hochrelevant. Gerade unser Befund zeigt das. Es wäre denkbar, gezielt stark Benzoxazinoid-produzierende Sorten anzubauen, damit diese die mikrobiellen Gemeinschaften im Boden steuern, um die Resistenz gegen Schädlinge in der Folgekultur zu erhöhen. Das könnte in Zukunft dazu führen, dass im Ackerbau weniger Insektizide eingesetzt werden müssen. Bisher werden diese nützlichen Eigenschaften der mikrobiellen Gemeinschaften allerdings noch kaum beachtet.

In welchem Zusammenhang steht das Ergebnis dieser Studie zur Interfakultären Forschungskooperation (IFK) «One Health»? Dort werden ja die Zusammenhänge zwischen mikrobiellen Gemeinschaften und der Gesundheit von Umwelt, Tier und Mensch untersucht?
Unsere Arbeit zeigt, dass mikrobielle Gemeinschaften an der Schnittstelle zwischen Biomen – hier zwischen Boden und Pflanzen – die Gesundheit des Gesamtsystems entscheidend beeinflussen. Das fällt genau in den Themenbereich von «One Health», weil wir verstehen wollen, wie bestimmte Stoffe, zum Beispiel Benzoxazinoide, die Gesundheit von Böden, Pflanzen und via Nahrung letztlich von Tieren und Menschen beeinflussen. Die Studie bietet also eine optimale Grundlage für dieses Vorhaben.

ZUR PERSON

Dr. Klaus Schläppi ist Oberassistent in der Abteilung Biotische Interaktionen am Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität Bern. Mit seinem Forschungsteam studiert er die mikrobiellen Gemeinschaften der Pflanzenwurzel und ihre Funktionen für das Wachstum und die Gesundheit von Pflanzen. Er gehört zum Team der Interfakultären Forschungskooperation «One Health: Cascading and Microbiome-Dependent Effects on Multitrophic Health».

Kontakt:

Dr. Klaus Schläppi
Universität Bern
Institut für Pflanzenwissenschaften, Abteilung Biotische Interaktionen
Altenbergrain 21
3013 Bern
Telefon: +41 31 631 46 36 / E-Mail: klaus.schlaeppi@ips.unibe.ch

Publikation

Die im Interview thematisierte Studie ist im Fachmagazin «Nature Communications» erschienen. Sie entstand in Zusammenarbeit mit dem Schweizer Kompetenzzentrum für landwirtschaftliche Forschung Agroscope.

Publikationsdetails:

Hu, Lingfei; Robert, Christelle A. M.; Cadot, Selma; Zhang, Xi; Ye, Meng; Li, Beibei; Manzo, Daniele; Chervet, Noemie; Steinger, Thomas; van der Heijden, Marcel G. A.; Schlaeppi, Klaus; Erb, Matthias (2018). Root exudate metabolites drive plant-soil feedbacks on growth and defense by shaping the rhizosphere microbiota. Nature communications, 9(1) Nature Publishing Group. Doi: 10.1038/s41467-018-05122-7

IFK «One Health»

Die Interfakultäre Forschungskooperation «One Health: Cascading and Microbiome-Dependent Effects on Multitrophic Health» befasst sich mit einem immer bedeutender werdenden Forschungsgebiet, in dem die Zusammenhänge der Umweltgesundheit von Boden, Pflanzen, Tier und Mensch untersucht werden. Neun Forschungsgruppen untersuchen insbesondere den Einfluss von Umweltveränderungen auf Nahrungskettensysteme – also von Böden über Pflanzen hin zu Wiederkäuern und schliesslich Mäusen als Modellorganismen für den Menschen. So kann erstmals vergleichend analysiert werden, wie die mikrobiellen Gemeinschaften an verschiedenen Schnittstellen der Nahrungskette auf Faktoren wie Schwermetalle, Pestizide und Pflanzensekundärstoffe reagieren, und welchen Einfluss diese Veränderungen auf die Gesundheit der einzelnen Glieder der Nahrungskette sowie das gesamte System haben.

ZUM AUTOR

Ivo Schmucki arbeitet als Redaktor bei der Abteilung Kommunikation & Marketing an der Universität Bern.