Miscanthus sinensis

Neue Bakterien aus der Rohstoffpflanze Chinaschilf Chinaschilf (Miscanthus sinensis) ist ein schnellwüchsiges Gras, das einen Jahresertrag von 40-60 t/ha erbringt. Es kann als Faserrohstoff für Dämm- und Verpackungsmaterial oder als Brennstoff für kleine dezentrale Kraftwerke verwendet werden. Interessanterweise braucht das Schilf für sein starkes Wachstum und den hohen Ertrag keine zusätzliche Stickstoffdüngung. Wie Wissenschaftler um Prof. Anton Hartmann vom Institut für Bodenökologie des GSF-Forschungszentrums für Umwelt und Gesundheit in Neuherberg bei München entdeckten, leben in den Wurzeln der Pflanze stickstofffixierende Bakterien. Von Hülsenfrüchtlern wie Klee oder Lupine ist schon lange bekannt, dass an ihren Wurzeln stickstofffixierende "Knöllchenbakterien" siedeln und den pflanzlichen Partner mit Stickstoff versorgen. Bei Gräsern kannte man diese Art der Wurzelsymbiose bisher nicht. Vor einigen Jahren fanden Forscher um Dr. Johanna Döbereiner in Brasilien jedoch Hinweise auf eine neue Art Wurzelsymbiose in bestimmten Sorten von Zuckerrohr, die eine große Zahl stickstofffixierender Bakterien und hohe Stickstofffixierungs-Leistungen zeigten.

Einige der Bakterien, die die GSF-Wissenschaftler aus zerkleinertem Gewebe des Chinaschilfs gewannen, gehören bisher unbekannten Arten an. Mit Hilfe von eigens konstruierten diagnostischen Gensonden wurden sie als "neue" Vertreter der Gattungen Azospirillum und Herbaspirillum identifiziert. Enzymatische, immunologische und molekulare Tests ergaben, dass diese Bakterien Stickstoff fixieren. Das Bakterium der Gattung Azospirillum tauften die Wissenschaftler auf den Namen A. doebereinerae, nach der Wissenschaftlerin Johanna Döbereiner, die nach einem landwirtschaftlichen Studium an der TU München in Freising-Weihenstephan Ende der 40-er Jahre nach Brasilien auswanderte und sich dort sehr erfolgreich mit stickstofffixierenden Bakterien befasste. Der Vertreter der Gattung Herbaspirillum erhielt den Namen H. frisingense, abgeleitet von "frisinga", lateinisch für Freising. Diese Art war erstmals in Chinaschilf identifiziert worden, das von der Bayerischen Landesanstalt für Bodenkultur und Pflanzenbau Freising stammte.

Um zu klären, ob die neu entdeckten Bakterien in Pflanzenwurzeln eindringen und deren Inneres besiedeln können, beimpften die Wissenschaftler keimfreie Chinaschilf-Pflänzchen mit diesen Bakterien. Mittels Antikörper- und Markierungstechniken sowie Elektronenmikroskopie konnten sie verfolgen, wie Herbaspirillum frisingense die Wurzeln eroberte: Nach drei Tagen fand es sich an der Wurzeloberfläche und auch in Zellzwischenräumen in der "Wurzelhaut"; bereits nach sieben Tagen hatte es das Zentrum der Wurzel besetzt. Wie sich herausstellte, fördert die Besiedelung mit dieser Mikrobe das Wachstum der Wurzeln. Bei Azospirillum doebereinerae stehen entsprechende Ergebnisse noch aus. Auch muss noch getestet werden, in welcher Weise die beiden "neuen" Bakterien zur Stickstoffversorgung der Pflanzen beitragen, und ob ein Beimpfen mit ihnen die Menge der natürlicherweise in Wurzeln lebenden Bakterien weiter steigern kann – bis zu einer Million Mikroben stecken in einem Gramm Frischwurzel. (GSF, Neuherberg)