Ökologie: Bakterien besiegen neue Saaten

Jahrzehntelange Züchtungen von ertragreichen Sojabohnen in gedüngten Böden haben Sorten hervorgebracht, die die Fähigkeit verloren haben, effektiv auf die in der Erde enthaltenen Bakterien zu reagieren, haben Wissenschaftler herausgefunden. Die Resultate ihrer Untersuchungen lassen vermuten, dass die neu gezüchteten Arten von Sojabohnen, möglicherweise auch die anderer Saaten, schlechter für den Anbau in nährstoffarmen Böden geeignet sein könnten, wie man sie auf den ungedüngten Feldern in Entwicklungsländern vorfindet.

"Ich halte das für beunruhigend", sagt Ford Denison, Pflanzenökologe an der University of Minnesota in St Paul und Coautor dieser Studie. "Es ist etwas, das Pflanzenzüchter bemerken sollten."

Sojabohnen brauchen normalerweise keinen Dünger, da sie mit Bakterien in der Erde reagieren, die atmosphärischen Stickstoff in nützlichere Formen umwandeln können, wie z. B. Ammonium, das die Pflanzen nutzen können. Im Gegenzug versorgen die Pflanzen die Bakterien mit Kohlenstoff.

Stickstoff zu binden ist jedoch aufwendig, und nicht alle Bakterien verwenden viel Energie auf den Prozess. Nährböden enthalten immer einige Arten bakterieller ‚Schwindler', die sich von den Pflanzenwurzeln ernähren, ohne im Gegenzug ausreichend Stickstoff zu liefern.

Frühere Studien haben gezeigt, dass Sojabohnen dazu neigen, sich gegen solche Schwindler zu wehren, indem sie ihnen weniger Kohlenstoff zukommen lassen als den großzügigeren Bakterien. Das unterstützt das die Vermehrung nützlicher Bakterien (1).

Moderne Anbautechniken haben den Sojabohnen jedoch teilweise die Arbeit abgenommen. Auch wenn die Pflanzen nicht direkt gedüngt werden, bleiben Reste von Dünger oft in den Böden enthalten, nachdem das Feld mit anderen Pflanzen bebaut wurde. Auch ‚impfen' Farmer häufig Sojabohnen mit besonders gut Stickstoff umwandelnden Bakterien.

Verlorene Talente

Tobey Kiers von der VU Universität in Amsterdam und ihre Kollegen fragten sich, ob diese Veränderungen Auswirkungen auf die Fähigkeit der Sojabohnen, nützliche von betrügerischen Bakterien zu unterscheiden, gehabt haben könnte. Die Wissenschaftler untersuchten sechs Arten von Sojabohnen aus 60 Jahren Saatgut-Züchtungsgeschichte und pflanzten sie in ungedüngten Feldern an. Sie testeten die Sojabohnen, indem sie den Böden Bakterien zusetzten, die entweder besonders gut darin waren, Stickstoff umzuwandeln, oder mit nah verwandten Bakterien, die aber Stickstoff gar nicht umwandeln konnten.

Die Saatproduktion in den neueren Sojasorten ging stärker zurück als in den älteren, wenn die betrügerischen Bakterien anwesend waren, woraus man schließen kann, dass die älteren Sorten besser in der Lage sind, mit diesen Bakterien fertig zu werden (2). Die Ergebnisse wurden in Proceedings of the Royal Society veröffentlicht.

"Die Unterschiede zwischen den alten und den neuen Sorten bewiesen, dass der Ertrag dieser neuen Sorten all die Jahre der Züchtung nicht aufwiegen kann", sagt Denison. Pflanzenzüchter hatten diese Schwächung des Saatguts vielleicht nicht bemerkt, weil gedüngte Böden und Impfungen mit starken Stickstoffumwandlern die Veränderungen überdeckt haben. Möglicherweise können andere Vorzüge der neuen Sorten, wie größere Resistenz gegen Krankheiten, in einigen Regionen die verminderte Bakterienselektion aufwiegen, fügt er hinzu.

Trotzdem sind solche bakteriellen Interaktionen in ungedüngten Böden, wie sie häufig in Entwicklungsländern zu finden sind, wichtig. Nährböden weisen außerdem unterschiedliche Konzentrationen von Stickstoff bindenden Bakterien auf, in manchen Regionen ist der Anteil der ‚Betrüger' sehr hoch. Unter diesen Bedingungen ist die Fähigkeit der Sojabohnen, ihren Kohlenstoff an nützliche Bakterien abzugeben, vermutlich von großer Bedeutung.

Wichtige Partner

Züchter können nun neue, ertragreichere Sorten mit älteren kreuzen, in der Hoffnung, die neuen Sorten mögen die Fähigkeit, mit den betrügerischen Bakterien fertig zu werden, wiedererlangen, so Tim Crews, Ökologe am Prescott College in Arizona, der an der Studie nicht beteiligt war.

Die Ergebnisse erinnern uns daran, dass Züchter ökologische Wechselwirkungen berücksichtigen sollten, wenn sie ihre Saat auswählen und hochzüchten, sagt Crews. "Diese Rücksicht ist der modernen Pflanzenzucht abhanden gekommen", sagt er.

Frühere Studien haben ebenfalls gezeigt, dass Interaktionen verschiedener Saaten, wie Weizen, Mais und Sojabohnen, mit bestimmten Pilzen im Boden im Lauf der Zeit schlechter geworden sind. Auch das könnte eine Konsequenz des Einsatzes von Dünger in Zuchtprogrammen sein, bemerkt Denison. "Mir stellt sich die Frage: Was brauchen wir noch?", sagt Crews. "Wir könnten viel mehr mit weniger erreichen."

(1) Kiers, E. T., Rousseau, R. A., West, S. A. & Denison, R. F. Nature 425, 78-81 (2003). (2) Kiers, E. T., Hutton, M. G. & Denison, R. F. Proc. R. Soc. Lond. B. doi: 10.1098/rspb.2007.1187 (2007).

Dieser Artikel wurde erstmals am 16.10.2007 bei news@nature.com veröffentlicht. doi: 10.1038/news.2007.168. Übersetzung: Sonja Hinte. © 2007, Macmillan Publishers Ltd

Heidi Ledford