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Bakterien als Düngehelfer : Stickstoff-Ernte aus der Luft

  • -Aktualisiert am

Mais ist weltweit das wichtigste Getreide. 2016 wurden mehr als eine Milliarde Tonnen geerntet. Bild: dpa

Der Sierra Mixe-Mais verblüfft mit der Fähigkeit, den Stickstoff aus der Luft mit Hilfe von Bakterien zu gewinnen. Kann man das Düngen also bald den Pflanzen selbst überlassen?

          Wiesen und Felder sind oft allzu üppig mit Stickstoffdünger versorgt. Da Sojabohnen und andere Futtermittel in großen Mengen importiert werden, fällt bei der Schweine-, Rinder- und Geflügelzucht viel Gülle an, die auf begrenzten Flächen verteilt werden muss. Was die Pflanzen nicht verwerten und der Boden nicht speichern kann, sickert häufig in Gräben, Flüsse und Seen, ja sogar ins Grundwasser, das als Trinkwasser dienen soll. Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts sah das auch hierzulande noch ganz anders aus: Organischer Stickstoffdünger war knapp und die Ernte entsprechend mager. Erst als es gelungen war, Stickstoff aus der Luft zu Düngemitteln zu verarbeiten, ist diese Mangelwirtschaft allmählich zu Ende gegangen.

          Die industrielle Herstellung von Stickstoffdünger hat allerdings einen Haken. Trotz jahrzehntelanger Optimierung verschlingt sie viel Energie. Schätzungsweise ein bis zwei Prozent der fossilen Energieträger, die weltweit verbraucht werden, gehen in die Produktion von Düngemitteln. Kein Wunder, dass Pflanzenzüchter in Zeiten des Klimawandels von Nutzpflanzen träumen, die sich den nötigen Stickstoff selbst beschaffen. Die bekanntesten Gewächse mit dieser Fähigkeit sind Hülsenfrüchtler wie Erbsen, Bohnen und Erdnüsse. Ihre Wurzeln beherbergen sogenannte Knöllchenbakterien. Ausgestattet mit einem speziellen Enzymkomplex, können sich diese Mikroben den Stickstoff aus der Luft einverleiben. Einen Großteil stellen sie dann ihren Gastgebern zur Verfügung.

          Nützliche Untermieter in den Wurzeln

          Bei Gräsern, zu denen so wichtige Feldfrüchte wie Weizen, Reis und Mais zählen, sind solche Symbiosen mit Bakterien allem Anschein nach nicht üblich. Mikroben, die sich Stickstoff aus der Luft holen, wurden zwar hin und wieder auch in oder an Graswurzeln aufgespürt. Bislang fehlte allerdings der Nachweis, dass sie die Stickstoffbilanz der Pflanzen merklich verbessern. Wissenschaftler um Allen Van Deynze von der University of California in Davis und Pierre-Marc Delaux von der University of Wisconsin in Madison haben nun erstmals eine Getreidesorte entdeckt, die einen Teil ihres Stickstoffs eindeutig von Bakterien bezieht. In Mexiko, dem Herkunftsland des Mais (Zea mays, Subspecies mays), stießen sie auf eine alte Landsorte, die mit symbiontischen Mikroben zusammenarbeitet. Und zwar oberirdisch statt unterirdisch, so wie die Hülsenfrüchtler.

          Luftwurzeln der Maissorte Zea mays leben in Symbiose mit Baktereien und senden kohlehydratreichen Schleim ab. Er dient den Mikroben als Nahrungsquelle.

          Die fragliche Maissorte stammt aus der Region „Sierra Mixe“ im Bundesstaat Oaxaca, wo sie traditionell in mehreren Varianten angebaut wird. Obwohl die dort lebenden Kleinbauern ihre Felder wenig oder gar nicht düngen, wächst dieser Mais bis zu fünf Meter in die Höhe. Von anderen hochwüchsigen Sorten unterscheidet er sich schon auf den ersten Blick durch seine zahlreichen Luftwurzeln. Zwar lässt sich bei allen Maispflanzen beobachten, dass aus den sogenannten Knoten, die den Halm unterteilen, nicht nur Blätter wachsen. Manchmal sprießen an diesen Stellen auch Wurzeln hervor. Bei modernen Sorten entstehen solche Luftwurzeln allerdings nur an bodennahen Knoten. Wenn diese zusätzlichen Wurzeln bis in die Erde hinabreichen, verbessern sie die Standfestigkeit der Pflanze.

          Schleimige Nahrungsquelle für Bakterien

          Die Luftwurzeln von Sierra-Mixe-Mais erfüllen offensichtlich noch andere Funktionen, wie die Wissenschaftler um Van Deynze herausgefunden haben. Schließlich sprießen sie meist aus mehr als acht Knoten, zum großen Teil meterweit über dem Erdboden. Falls die Maispflanzen in der Wachstumsphase von Juli bis September genug Wasser erhalten, erzeugen ihre Luftwurzeln in dieser Zeit einen durchsichtigen Schleim. Kein Zeichen von Krankheit. Ganz im Gegenteil: Komplexe Kohlenhydrate machen den Schleim nicht nur so zähflüssig, dass er an den Wurzeln haften bleibt. Sie ernähren auch nützliche Mikroorganismen.

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