Phosphor ist ein essentieller Nährstoff für Pflanzen. In vielen Böden ist er jedoch nicht in ausreichender Menge vorhanden, so dass er entweder über Dünger zugeführt werden muss oder die Pflanzen nicht optimal wachsen können. Da die Phosphorreserven schwinden, wird seit Jahren intensiv an alternativen Düngemitteln geforscht. Als vielversprechender Kandidat gilt Biochar, eine spezielle Pflanzenkohle, die bei der Verbrennung von Biomasse entsteht. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben nun untersucht, wie sich das Zusammenspiel von dieser Biokohle und Mykorrhizapilzen auf das Pflanzenwachstum auswirkt.

Im Fokus standen dabei die am weitesten verbreiteten Symbiosepilze, die arbuskulären Mykorrhizapilze, kurz AMP. Über das Feinwurzelsystem der AMP im Boden, die so genannten Hyphen, gelangen wichtige Nährstoffe wie Phosphate und Stickstoff in die Pflanze. Im Gegenzug versorgt die Pflanze den Symbiosepilz mit Kohlenhydraten, die er aus der Photosynthese gewinnt.

Ausgangsstoff für Biokohle für Pflanzenaktivität entscheidend

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass Pflanzen, die mit Biokohle gedüngt werden, sehr unterschiedlich auf den alternativen Dünger reagieren. Denn als Ausgangsmaterial können Holzreste, Hühnermist, aber auch Laub verwendet werden. Während einige dadurch besser wuchsen, zeigten andere sogar toxische Reaktionen. Die Forscherinnen und Forscher am KIT konnten nun nachweisen, dass die Herkunft der Biokohle-Biomasse entscheidend für die Symbiose mit AMP und damit für die Pflanzenaktivität ist.

Hühnermist-Biokohle beeinträchtigt Symbiose

Dazu hatten die Forschenden zum einen die alleinige Wirkung von Biokohle aus Weizenstroh und Hühnermist untersucht. „Die Tomatensetzlinge, die wir mit Hühnermist-Biokohle gedüngt haben, sind wie erwartet schnell und prächtig gewachsen. Sie hatten viel Phosphat zur Verfügung, das sie direkt verwerten konnten“, erklärt Natalia Requena, Expertin für molekulare Phytopathologie am JKIP. In einem zweiten Versuch wurden die Tomatenpflanzen mit dem Wurzelpilz besiedelt. Die Genexpressionsanalyse zeigte deutlich, dass die phosphatreiche Biokohle aus Hühnermist die Symbiose zwischen Tomate und Wurzelpilz beeinträchtigte. Ein molekularer Austausch fand kaum statt.

Biokohle aus Weizenstroh schützt vor Krankheitserregern

Die Biokohle aus Weizenstroh hingegen führte zur Überraschung der Forschenden sogar zu einer lebhaften Symbiose mit dem AMP. „Eine derart komplexe molekulare Antwort der Pflanzen hatten wir nicht erwartet“, sagt Requena. Ihr Fazit: „Langfristig sind diese mit Biokohle aus Weizenstroh gedüngten Pflanzen dadurch kompatibler mit anderen Mikroorganismen und damit auch besser gegen Krankheitserreger geschützt."

Mit Hilfe der Genexpressionsanalyse wollen die KIT-Forscher nun weiter nach Markern in den Genen der Pflanzen suchen, um weitere Antworten auf das Pflanzenwachstum zu finden. „Wenn wir diese entschlüsseln, können wir Pflanzen langfristig so programmieren, dass sie weniger Phosphat und damit weniger Mineraldünger benötigen“, sagt Requena.

bb