{"id":360,"date":"2021-07-30T16:00:00","date_gmt":"2021-07-30T14:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.zhaw.ch\/eat-grow-change\/?p=360"},"modified":"2022-02-01T09:43:44","modified_gmt":"2022-02-01T08:43:44","slug":"wurzelschweiss-ein-shrub-cocktail-fur-rhizospharenbewohnerinnen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.zhaw.ch\/eat-grow-change\/2021\/07\/30\/wurzelschweiss-ein-shrub-cocktail-fur-rhizospharenbewohnerinnen\/","title":{"rendered":"Wurzelschweiss – ein Shrub-Cocktail f\u00fcr Rhizosph\u00e4renbewohner*innen"},"content":{"rendered":"\n

Ein Beitrag von Florian Peyer<\/em><\/p>\n\n\n\n

\"\"
Ein Bodenbakterium (gelb) siedelt sich an einer Wurzel an (rosa).
(Bild von Alice Dohnalkova, Pacific Northwest National Laboratory, flickr CC BY-NC-SA 2.0)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

In einem Kubikmeter Erde leben mehr Lebewesen als Menschen auf der Erde und auch sie wollen ern\u00e4hrt werden. Einmal mehr sind es die Pflanzen,  die ihre Ern\u00e4hrung sichern. \u00dcber Wurzelausscheidungen versorgt die Pflanze einen Teil ihrer Rhizosph\u00e4renbewohner*innen und geht damit ein f\u00fcr sie wichtiges Tauschgesch\u00e4ft ein.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n\n\n\n\n

Die Landwirt*innen der amerikanischen Kolonialzeit g\u00f6nnten sich an heissen Tagen einen soge- nannten Shrub. Ein Getr\u00e4nk, das sich aus Fr\u00fcchten zusammensetzt, die mit Zucker und Essig konserviert werden. W\u00e4hrend der Shrub die Landwirt*innen abk\u00fchlte und zu neuer Energie ver- half, heizte ein \u00e4hnlicher Cocktail den Bewohner*innen unter ihren F\u00fcssen m\u00e4chtig ein. Ein Cocktail namens \u00abWurzelschweiss\u00bb, im Fachjargon besser bekannt als \u00abExsudation\u00bb \u2013 hergeleitet vom lateinischen Wortstamm exsudare, <\/em>zu Deutsch \u00abausschwitzen\u00bb. Dieser \u00abWurzelschweiss-Shrub\u00bb ist eine wichtige Nahrungsquelle f\u00fcr Bakterien und Pilze im Wurzelraum \u2013 der Rhizosph\u00e4re.<\/p>\n\n\n\n

Reichhaltige Suppe f\u00fcr w\u00e4hlerische Mikroben<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u00c4hnlich dem Shrub der Landwirt*innen enth\u00e4lt die Wurzelexsudation unter anderem grosse und kleine Molek\u00fcle. Zu den grossen Molek\u00fclen geh\u00f6ren Proteine, extrazellul\u00e4re DNA und Mucilage \u2013  ein Schleim aus Polysacchariden. Diese Stoffe sind vergleichbar mit den Fr\u00fcchten des Shrubs. Sie dienen den Mikroben nicht prim\u00e4r als Nahrung, locken diese jedoch an und erm\u00f6glichen es ihnen teilweise, an die Wurzel anzudocken. Die kleinen Molek\u00fcle bilden den erfrischenden Saft des  Shrubs. Sie bestehen aus Aminos\u00e4uren, organischen S\u00e4uren, aromatischen Verbindungen, Fetts\u00e4uren und Zucker. Genau auf diesen N\u00e4hrstoffcocktail sind die Mikroben aus. Spannend ist dabei, dass sie nicht ausschliesslich die energiereichsten N\u00e4hrstoffe zu sich nehmen, das Nahrungsangebot miteinander teilen und sich ihr Essverhalten \u00fcber die Generationen hinweg ver\u00e4ndert. [2,3] <\/p>\n\n\n\n

Logistische Herausforderung der Essensausgabe<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Den Wurzelschweiss-Shrub produziert die Pflanze mit der Photosynthese. \u00dcber den N\u00e4hrstoffkanal der Pflanzen gelangen rund zwanzig Prozent der Assimilate zu den Wurzeln und anschliessend in den Boden. Nur ein kleiner Teil der Assimilate kann die Pflanze selber ohne Energieaufwand \u00fcber die jungen Zellen ihrer Wurzelspitze direkt in die Bodenl\u00f6sung ausscheiden. Den wesentlich gr\u00f6sseren Teil der N\u00e4hrstoffe transportieren Pilze von der Pflanze in den Boden. Diese arbuskul\u00e4ren Mykorrhizapilze zapfen mit ihren Gewebef\u00e4den den N\u00e4hrstoffkanal in den Wurzelhaaren an, versorgen sich mit Zuckerassimilaten und geben den Rest der N\u00e4hrstoffe zur weiteren Verstoffwechslung an die Mikroben ab. Im Austausch erh\u00e4lt die Pflanze von den Pilzen Stickstoff und Spurenelemente aus der Bodenl\u00f6sung. [3]<\/p>\n\n\n\n

Eine weitere Transportgesellschaft der Assimilate bei bestimmten Pflanzen sind die stickstofffixierenden Kn\u00f6llchenbakterien. Um die Bakterien anzulocken, scheidet die Pflanze unter Energieaufwand alkoholische Zucker und Aminos\u00e4uren aus. Sind die Kn\u00f6llchen an den Wurzelhaaren einmal gebildet, versorgt die Pflanze die Bakterien mit Zucker und erh\u00e4lt im Gegenzug Stickstoff. Liefert ein Kn\u00f6llchen keinen Stickstoff mehr, stellt die Pflanze die Zuckerversorgung ein. [4]<\/p>\n\n\n\n

Pathogene Mikroben entt\u00e4uscht vom Tagesmen\u00fc<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Das breite Nahrungsangebot der Wurzelexsudate lockt auch sch\u00e4dliche Mikroben an. Die Pflanze kann jedoch die Zusammensetzung ihrer Exsudation ver\u00e4ndern und sch\u00fcttet in fortgeschrittenen Entwicklungsphasen vermehrt Aminos\u00e4uren und aromatische Verbindungen aus, die ihr als Abwehrstoffe dienen. Diese Steuerung der Wurzelexsudate folgt einem genetischen Muster und ist von Pflanze zu Pflanze unterschiedlich. Jedoch verfolgen sie damit dasselbe Ziel, n\u00e4mlich immer ein optimales Mikrobiom in ihrem Wurzelraum zu haben, das sie in ihrer Nahrungsversorgung stimuliert und gegen pathogene Mikroben sch\u00fctzt. [5,6]<\/p>\n\n\n\n

Ein Shrub f\u00fcr alle<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Ein stetiger und vielf\u00e4ltiger Wurzelschweiss-Shrub garantiert also das Leben der Rhizosph\u00e4ren- bewohner*innen. Im Tausch erm\u00f6glichen sie den Pflanzen eine gesunde Entwicklung. Dies wiederum beschert den Landwirt*innen einen fruchtbaren Boden und damit eine gute Ernte. F\u00f6rdern wir deshalb die Pflanzenvielfalt und Dauerbegr\u00fcnung auf unseren Feldern, damit wir Menschen und die Rhizosph\u00e4renbewohner*innen auch k\u00fcnftig Energie tanken k\u00f6nnen mit einem leckeren Shrub. [7,8]<\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

Dieser Blog-Beitrag entstand im Rahmen des Bachelormoduls Weltern\u00e4hrungssysteme des Studiengangs Umweltingenieurwesen am Institut f\u00fcr Umwelt und Nat\u00fcrliche Ressourcen der ZHAW im Fr\u00fchjahrssemester 2021.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Quellen<\/strong><\/p>\n\n\n\n

1<\/sup> Bais, H. P., Weir, T. L., Perry, L. G., Gilroy, S., & Vivanco, J. M. (2006). The role of root exudates in rhizosphere interations with plants and other organisms. Annual Review of Plant Biology<\/em>, 57<\/em>, 233\u2013 266. https:\/\/doi.org\/10.1146\/annurev.arplant.57.032905.105159<\/a><\/p>\n\n\n\n

2 <\/sup>Sasse, J., Martinoia, E., & Northen, T. (2018). Feed Your Friends: Do Plant Exudates Shape the Root Microbiome? Trends in Plant Science<\/em>, 23<\/em>(1), 25\u201341. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.tplants.2017.09.003<\/a><\/p>\n\n\n\n

3 <\/sup>Kaiser, C., Kilburn, M. R., Clode, P. L., Fuchslueger, L., Koranda, M., Cliff, J. B., Solaiman, Z. M., & Murphy, D. V. (2015). Exploring the transfer of recent plant photosynthates to soil microbes: Mycorrhizal pathway vs direct root exudation. New Phytologist<\/em>, 205<\/em>(4), 1537\u20131551. https:\/\/doi.org\/10.1111\/nph.13138<\/a><\/p>\n\n\n\n

4 <\/sup>Pini, F., East, A. K., Appia-Ayme, C., Tomek, J., Karunakaran, R., Mendoza-Suarez, M., Edwards, A., Terpolilli, J. J., Roworth, J., Downie, J. A., & Poolea, P. S. (2017). Bacterial Biosensors for in Vivo Spatiotemporal Mapping of Root Secretion. Plant Physiology<\/em>, 174<\/em>(3), 1289\u20131306. https:\/\/doi.org\/10.1104\/pp.16.01302<\/a><\/p>\n\n\n\n

5 <\/sup>Zhalnina, K., Louie, K. B., Hao, Z., Mansoori, N., da Rocha, U. N., Shi, S., Cho, H., Karaoz, U., Loque, D., Bowen, B. P., Firestone, M. K., Northen, T. R., & Brodie, E. L. (2018). Dynamic root exudate chemistry and microbial substrate preferences drive patterns in rhizosphere microbial community as- sembly. Nature Microbiology<\/em>, 3<\/em>(4), 470\u2013480. https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41564-018-0129-3<\/a><\/p>\n\n\n\n

6 <\/sup>Korenblum, E., Dong, Y., Szymanski, J., Panda, S., Jozwiak, A., Massalha, H., Meir, S., Rogachev, I., & Aharoni, A. (2020). Rhizosphere microbiome mediates systemic root metabolite exudation by root-to-root signaling. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America<\/em>, 117<\/em>(7), 3874\u20133883. https:\/\/doi.org\/10.1073\/pnas.1912130117<\/a><\/p>\n\n\n\n

7 <\/sup>Perez-Jaramillo, J. E., Mendes, R., & Raaijmakers, J. M. (2016). Impact of plant domestication on rhizosphere microbiome assembly and functions. Plant Molecular Biology<\/em>, 90<\/em>(6), 635\u2013644. https:\/\/doi.org\/10.1007\/s11103-015-0337-7<\/a><\/p>\n\n\n\n

8 <\/sup>Hirte, J., Leifeld, J., Abiven, S., Oberholzer, H.-R., & Mayer, J. (2018). Below ground carbon inputs to soil via root biomass and rhizodeposition of field-grown maize and wheat at harvest are independent of net primary productivity. Agriculture, Ecosystems & Environment<\/em>, 265<\/em>, 556\u2013566. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.agee.2018.07.010<\/p>\n

Schlagw\u00f6rter: Assimilate<\/a>, Mikroben<\/a>, Mykorrhiza<\/a>, Rhizosph\u00e4re<\/a>, Wurzelexsudation<\/a>
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