21/08/2020
In der unscheinbaren Erde unserer Gärten und Felder verbirgt sich ein wahres Wunder der Natur: die Knöllchenbakterien. Diese mikroskopisch kleinen Lebewesen sind unverzichtbare Partner für viele Pflanzen und spielen eine Schlüsselrolle für ein gesundes Pflanzenwachstum und die Bodenfruchtbarkeit. Doch was genau sind Knöllchenbakterien, und wie funktioniert diese faszinierende Symbiose?
Was sind Knöllchenbakterien?
Knöllchenbakterien, in der Fachsprache auch Rhizobien genannt, sind spezielle Bakterien, die im Boden leben. Das Besondere an ihnen ist ihre Fähigkeit, eine einzigartige Lebensgemeinschaft, eine sogenannte Symbiose, mit bestimmten Pflanzen einzugehen. Diese Partnerschaft ist für beide Seiten von großem Vorteil und basiert auf einem cleveren Tauschhandel.
Die Symbiose mit Hülsenfrüchtlern (Leguminosen)
Die bevorzugten Partner der Knöllchenbakterien sind Hülsenfrüchtler, auch bekannt als Leguminosen. Zu dieser Pflanzenfamilie gehören viele bekannte und beliebte Gewächse wie Erbsen, Bohnen, Linsen, Klee, Lupinen und Soja. Diese Pflanzen gehen eine enge Verbindung mit den Bakterien ein, die sich in den Wurzeln ansiedeln und dort namensgebende Knöllchen bilden.
Der erstaunliche Deal: Stickstoff aus der Luft als Dünger
Der Clou dieser Symbiose liegt in der Fähigkeit der Knöllchenbakterien, etwas zu vollbringen, was Pflanzen allein nicht können: Sie wandeln Stickstoff aus der Luft in Nitrat um. Stickstoff ist ein essenzieller Nährstoff für Pflanzen, vergleichbar mit einem Vitamin für uns Menschen. Er ist unerlässlich für das Wachstum, die Bildung von Proteinen und Chlorophyll, dem grünen Farbstoff der Pflanzen, der für die Photosynthese verantwortlich ist.
Die Luft, die uns umgibt, besteht zu etwa 78 Prozent aus Stickstoff. Doch Pflanzen können diesen Stickstoff in seiner gasförmigen Form (N2) nicht direkt nutzen. Sie benötigen ihn in einer gebundenen Form, wie beispielsweise Nitrat (NO3-) oder Ammonium (NH4+). Hier kommen die Knöllchenbakterien ins Spiel. Sie verfügen über spezielle Enzyme, insbesondere die Nitrogenase, die es ihnen ermöglichen, den Luftstickstoff zu „knacken“ und in pflanzenverfügbare Formen umzuwandeln – ein wahrer biologischer Düngerproduzent!
Win-Win für Pflanze und Bakterium
Im Gegenzug für diese wertvolle Stickstoffversorgung erhalten die Knöllchenbakterien von der Wirtspflanze Kohlenhydrate und andere organische Verbindungen. Diese Stoffe sind für die Bakterien lebensnotwendig, können aber von ihnen nicht selbst hergestellt werden. Es ist also eine klassische Win-Win-Situation: Die Pflanze bekommt natürlichen Dünger, und die Bakterien erhalten Nahrung und einen geschützten Lebensraum in den Wurzelknöllchen.
Wie funktioniert die Stickstofffixierung im Detail?
Die Stickstofffixierung durch Knöllchenbakterien ist ein komplexer biochemischer Prozess, der sich in den Wurzelknöllchen abspielt. Innerhalb der Knöllchen leben die Bakterien in veränderter Form, als sogenannte Bakteroide, ohne äußere Zellwand. Diese Bakteroide sind die eigentlichen Stickstofffixierer.
Das Problem mit dem Sauerstoff und die Lösung: Leghämoglobin
Das Enzym Nitrogenase, das für die Stickstofffixierung unerlässlich ist, ist extrem empfindlich gegenüber Sauerstoff. Schon geringe Mengen Sauerstoff können die Aktivität der Nitrogenase stark beeinträchtigen. Gleichzeitig benötigen die Bakteroiden aber auch Sauerstoff zum Überleben. Wie löst die Natur dieses Dilemma?
Die Antwort liegt in einem faszinierenden Protein namens Leghämoglobin. Dieses eisenhaltige Protein wird von der Pflanze in den Wurzelknöllchen gebildet und ähnelt in seiner Funktion dem Hämoglobin im menschlichen Blut. Leghämoglobin bindet überschüssigen Sauerstoff und sorgt dafür, dass die Sauerstoffkonzentration in den Knöllchen konstant niedrig bleibt, gerade so viel, dass die Bakteroiden überleben können, aber nicht zu viel, um die Nitrogenase zu hemmen. Das Leghämoglobin verleiht den Wurzelknöllchen oft eine rötliche Farbe, ähnlich wie Blut.
Die Entstehung der Wurzelknöllchen
Die Bildung der Wurzelknöllchen ist ein ausgeklügelter Prozess, der mit dem Eindringen der Rhizobien in die Wurzelhaare der Leguminosen beginnt. Hier eine vereinfachte Darstellung der Knöllchenbildung:
- Anlocken der Bakterien: Die Wurzeln der Leguminosen sondern chemische Signale aus, die Rhizobien im Boden anlocken.
- Eindringen in die Wurzelhaare: Die Bakterien wandern zur Wurzeloberfläche und dringen in die Wurzelhaare ein. Dabei krümmt sich das Wurzelhaar oft ein.
- Bildung eines Infektionsschlauchs: Die Pflanze bildet einen Schlauch, durch den die Bakterien tiefer in die Wurzelrinde eindringen können.
- Umwandlung zu Bakteroiden: Im Inneren der Wurzelrinde verändern die Bakterien ihre Form zu Bakteroiden und beginnen mit der Stickstofffixierung.
- Knöllchenbildung: Die starke Vermehrung der Bakteroide führt zur Bildung des sichtbaren Wurzelknöllchens.
Bedeutung für Landwirtschaft und Gartenbau
Die Symbiose zwischen Knöllchenbakterien und Leguminosen ist von enormer Bedeutung für die Landwirtschaft und den Gartenbau. Durch die natürliche Stickstofffixierung wird der Boden auf ökologische Weise mit wertvollem Dünger angereichert. Dies hat mehrere Vorteile:
- Reduzierung von Kunstdünger: Der Einsatz von synthetischen Stickstoffdüngern kann reduziert werden, was die Umweltbelastung verringert.
- Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit: Stickstoff ist ein wichtiger Bestandteil von Humus und trägt zur langfristigen Bodenfruchtbarkeit bei.
- Fruchtwechsel: In der Landwirtschaft wird der sogenannte Fruchtwechsel genutzt, bei dem Leguminosen abwechselnd mit anderen Kulturen angebaut werden. Nach der Ernte der Leguminosen bleiben Stickstoffverbindungen im Boden zurück, die der nachfolgenden Kultur zugutekommen. Oft werden Leguminosen auch als Gründüngung eingesetzt und nach dem Wachstum in den Boden eingearbeitet, um die Stickstoffdüngung zu verstärken.
- Biologischer Gartenbau: Im biologischen Gartenbau spielt die Symbiose mit Knöllchenbakterien eine zentrale Rolle. Der Einsatz von Kunstdünger ist hier unerwünscht oder verboten. Stattdessen werden Leguminosen gezielt angebaut, um den Boden auf natürliche Weise mit Stickstoff zu versorgen.
Was passiert bei Kunstdüngung?
Interessanterweise kann eine übermäßige Kunstdüngung mit Stickstoff die Bildung der Symbiose zwischen Pflanzen und Knöllchenbakterien sogar beeinträchtigen. Wenn Pflanzen ausreichend Stickstoff in Form von Kunstdünger erhalten, haben sie weniger Anreiz, eine energieaufwendige Symbiose mit Bakterien einzugehen. In Böden, die stark mit Kunstdünger belastet sind, finden sich daher oft weniger stickstoffsammelnde Bakterien.
Knöllchenbakterien im eigenen Garten fördern
Auch im eigenen Garten können Sie die natürlichen Düngerhelfer fördern:
- Anbau von Leguminosen: Pflanzen Sie regelmäßig Hülsenfrüchtler wie Erbsen, Bohnen, Klee oder Lupinen in Ihrem Garten.
- Gründüngung mit Leguminosen: Nutzen Sie Leguminosen als Gründüngung, um den Boden anzureichern.
- Boden schonen: Vermeiden Sie übermäßige Kunstdüngung und fördern Sie ein gesundes Bodenleben durch organische Düngung und Kompost.
- Rhizobien-Kulturen: Für Gartenböden, die bisher wenig Leguminosen hatten oder für die Umstellung auf biologischen Gartenbau, können im Handel spezielle Rhizobien-Kulturen erworben und dem Boden zugegeben werden, um die Ansiedlung der Bakterien zu fördern.
Fazit
Knöllchenbakterien sind faszinierende und äußerst nützliche Mikroorganismen, die eine essenzielle Rolle im natürlichen Stickstoffkreislauf spielen. Ihre Symbiose mit Leguminosen ist ein perfektes Beispiel für die genialen Lösungen der Natur und bietet uns wertvolle Möglichkeiten für eine nachhaltige Landwirtschaft und einen ökologischen Gartenbau. Indem wir diese natürlichen Helfer verstehen und fördern, können wir zu gesünderen Pflanzen, fruchtbareren Böden und einer umweltfreundlicheren Zukunft beitragen.
FAQ – Häufig gestellte Fragen zu Knöllchenbakterien
- Sind Knöllchenbakterien für alle Pflanzen nützlich?
- Nein, die Symbiose mit Knöllchenbakterien ist hauptsächlich auf Hülsenfrüchtler (Leguminosen) beschränkt. Andere Pflanzenfamilien gehen diese spezielle Partnerschaft in der Regel nicht ein.
- Kann ich Knöllchenbakterien auch für andere Pflanzen als Leguminosen nutzen?
- Indirekt ja. Durch den Anbau von Leguminosen und die Gründüngung wird der Stickstoffgehalt im Boden erhöht, was auch anderen Pflanzen zugutekommt, die nach den Leguminosen angebaut werden.
- Wie erkenne ich, ob meine Pflanzen Knöllchenbakterien haben?
- Bei Leguminosen können Sie die Wurzeln vorsichtig ausgraben und nach kleinen, knöllchenartigen Verdickungen suchen. Diese Knöllchen sind ein Zeichen für die Symbiose mit Knöllchenbakterien.
- Sind Knöllchenbakterien schädlich für Pflanzen oder Menschen?
- Nein, Knöllchenbakterien sind weder für Pflanzen noch für Menschen schädlich. Sie sind natürliche Bodenbewohner und spielen eine wichtige Rolle im Ökosystem.
- Wo kann ich Rhizobien-Kulturen kaufen?
- Rhizobien-Kulturen sind in Fachgeschäften für Gartenbedarf, im Online-Handel und in manchen Gartencentern erhältlich. Achten Sie darauf, Kulturen zu wählen, die für die jeweiligen Leguminosenarten geeignet sind.