Das Mikrobiom - Großes Potential für Gartenbau und Landwirtschaft

17.02.18 Das Mikrobiom - Großes Potential für Gartenbau und Landwirtschaft

Tagtäglich haben wir sie unter unseren Füßen. Wir tragen sie im Darm und auf der Haut. Menschen, Böden, Tiere und Pflanzen sind von ihnen besiedelt

Ein anderer Zugang der Mikrobiomforschung liegt in der Aktivierung pflanzeneigener Schutzmechanismen durch systemisch erworbene Resistenz (SAR systemic acquired resistance). Werden Pflanzen mit einem Krankheitserreger konfrontiert, führt dies zu einer Art Immunreaktion – ähnlich wie Impfungen bei Menschen. Wenn die Pflanze erneut mit dem Erreger in Kontakt kommt, kann sie nun wesentlich schneller und effizienter auf die Infektion reagieren. Verschiedene Bakterien wie z.B. Rhizobien spielen als Symbionten für die Stickstofffixierung eine wichtige Rolle. Sie sind in der Lage ebenfalls solche Abwehrreaktionen bei Pflanzen hervorzurufen. Dieser Vorgang wird als induzierte systemische Resistenz (ISR induced systemic resistance) bezeichnet. Durch gezielten Eintrag von Mikroorganismen, die eine ISR hervorrufen, können Pflanzen gegen verschiedene Krankheitserreger geschützt werden.

Beim „population engineering“ wird eine bestimmte Fähigkeit der Mikroorganismen genutzt. Obwohl sie Einzeller sind, können sie durch Austausch von Signalmolekülen auf die Menge ihrer Artgenossen (Zelldichte) schließen. Diese als „Quorum sensing“ bezeichnete Fähigkeit kann zum Beispiel bei verschiedenen pathogenen Bakterien beobachtet werden. In geringer Zelldichte verhalten sie sich neutral. Erst ab einer bestimmten Populationsgröße werden sie für die Pflanze schädlich. Der Einsatz von Mikroorganismen unterbindet die Entwicklung von Pathogenen oder Schädlingen. Diese Methode wird als Biocontrol bezeichnet.

Durch Veränderung von mikrobiologischen Signalmolekülen kann ein Effekt erzielt werden, der als “Quorum quenching“ bezeichnet wird. Hierbei wird die Kommunikation von Krankheitserregern gestört. Folglich können sie ihre Zelldichte nicht mehr wahrnehmen und keine pathogenen Effekte zeigen.

Transfer in die Praxis

Dies sind nur einige Bereiche, in denen derzeit intensiv geforscht wird. Die große Chance besteht in einem ganzheitlicher Ansatz rund um das Zusammenspiel von Boden, Mikrobiologie und Pflanze. Ein solcher Ansatz respektiert natürliche Kreisläufe und fördert eine nachhaltige, bodenaufbauende Wirtschaftsweise. Würden als Endergebnis der Mikrobiomforschung lediglich Produkte entstehen, die ähnlich wie Agrarchemikalien nur der Symptombekämpfung dienen, wäre das Ziel verfehlt. Es geht darum, Denk- und Wirtschaftsweisen zu verändern, um das große Potential der Mikrobiologie und ihrer Fähigkeiten auch nur annähernd zu nutzen.

Studien und Anwendungen in der Praxis zeigen, dass Biocontrol und „population engineering“ funktionieren. Durch konsequente Anwendung der EM-Technologie über das Gießverfahren und über Blattspritzungen werden die Pflanzengesundheit und das Wachstum gefördert. (Abb. Andy Parker, Korting, Berti).

Stärkung von Böden und Pflanzen

Erklärungsmodelle der EM-Technologie wie z.B. das Dominanzprinzip oder Milieubereitung werden nun durch die Erkenntnisse der Mikrobiomforschung bestätigt. Die daraus resultierende Denk- und Arbeitsweise ist für EM-Anwender kein Neuland und wird seit Jahren erfolgreich zur Pflanzenstärkung in der Praxis umgesetzt. Profigärtner, Landwirte, Obst- und Weinbauern, sowie viele Hobbygärtner sammeln seit Jahrzehnten wertvolle Erfahrungen im Umgang mit Effektiven Mikroorganismen und deren Wirkung auf das Zusammenspiel von Boden, Bodenleben und Pflanzengesundheit.

Funktionierende Kreisläufe

Jeder der einige Zeit bewusst mit EM arbeitet, gelangt zur Erkenntnis, welche Bedeutung die Mikrobiologie in den unterschiedlichen Kreisläufen hat und beginnt automatisch wieder in diesen natürlichen Systemen zu arbeiten. Somit ist neben der Wirkung der EM auch das Wissen, wie diese Kreisläufe funktionieren und wie man die Mikrobiologie dabei unterstützen kann, von größter Bedeutung. Organische statt mineralische Düngung, Verzicht auf Agrochemie, Vermeidung von Fäulnis, die Arbeit mit Fruchtfolgen und Pflanzendiversität – sämtliche Maßnahmen, die das Bodenleben und den Humusaufbau fördern, führen in Kombination mit der EM-Technologie zu den besten Ergebnissen.

Die Natur hat mit dem Motor der Mikrobiologie über Millionen, ja Milliarden von Jahren lediglich durch Selektion ein perfektes und tatsächlich nachhaltiges System entwickelt und die Kreislaufwirtschaft perfektioniert. Wir Menschen sind Teil des gesamten Systems und können es uns  nicht leisten, Millionen von Jahren an Entwicklung zu ignorieren. Das Wissen um Kreislaufwirtschaft sollte Grundlage und Leitfaden für unser Handeln sein. Dies beinhaltet auch, natürliche Prozesse zu respektieren, sie zu kopieren und zu unterstützen. Es geht darum, die Auswirkungen unseres Handelns auf die Natur vermehrt in den Fokus zu rücken, damit wir auch in Zukunft Bestandteil dieses schönen Planeten bleiben zu können.

Tagtäglich haben wir sie unter unseren Füßen. Wir tragen sie im Darm und auf der Haut. Eine unglaublich Vielfalt an Mikroorganismen besiedelt uns Menschen sowie Böden, Pflanzen und Tiere. Wie sie in Organismen zusammenspielen und wirken? Dazu gibt es neueste Erkenntnisse aus der Mikrobiologie.

Bedeutung für gesundes Leben

Wurde die EM-Technologie noch vor 20 Jahren aus wissenschaftlicher Sicht eher belächelt bzw. kritisiert, so finden sich Effektive Mikroorganismen derzeit im Brennpunkt der Fachwelt. Sowohl in der Wissenschaft als auch in der Wahrnehmung der Bevölkerung gibt es aktuell einen Paradigmenwechsel. Die Bedeutung der Mikrobiologie für die Gesundheit von Mensch, Tier und Pflanze wird neu gesehen. Früher war die Mikrobiologie tendentiell negativ behaftet. Mikroorganismen wurden vornehmlich als Krankheitserreger oder als unhygienisch eingestuft. Nun wird die Gesamtheit der Mikroben in einem Organismus oder Lebensraum als Grundvoraussetzung für gesundes Leben erkannt.

Dies darf nicht verwundern. Neueste Erkenntnisse gehen davon aus, dass Mikroorganismen seit bereits 4 Milliarden Jahren diesen Planeten besiedeln, 500 Millionen Jahre früher als bis dato angenommen. In dieser Zeit wurden sämtliche Lebensräume – auch die extremsten – von der Mikrobiologie nicht nur besiedelt sondern auch gestaltet. Unsere Böden und die Bedingungen in unserer Atmosphäre sind das Resultat reger mikrobiologischer Aktivität. Auch für die Entstehung sämtlicher Organismen wie Pflanzen, Tiere und Menschen war die Mikrobiologie Grundvoraussetzung.

Wirkungsvolles Zusammenspiel

Jeder Organismus bietet einen idealen Lebensraum für Mikroorganismen und lebt in engster Symbiose mit seiner Mikrobiologie. So besitzen Säugetiere ca. 10mal mehr Mikroorganismen als körpereigene Zellen und jede Oberfläche – innen (Darm) oder außen (Haut) - ist mit einer Vielzahl von Bakterien und Pilzen besiedelt. Obwohl die meisten Mikroorganismen Einzeller sind, kommunizieren sie innerhalb ihres Wirtes miteinander. Sie reagieren auf Veränderungen und spielen eine zentrale Rolle nicht nur für den Stoffwechsel sondern auch für das Immunsystem.

Diese Gesamtheit der Mikroben eines Organismus wird als Mikrobiom bezeichnet. Nach neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen wird das Mikrobiom als eigenes Organ angesehen. Verschiedene Krankheiten wie Stoffwechselerkrankungen, Diabetes, Bluthochdruck oder Alzheimer bis hin zu psychischen Erkrankungen wie zum Beispiel Depressionen werden nun unter anderem auf Veränderungen im Mikrobiom zurückgeführt. Die Bedeutung der mikrobiologischen Artenvielfalt für die Gesundheit rückt immer stärker in den Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen.

Artenreiche Lebensräume

Werfen wir nun einen Blick in die Pflanzenwelt, zum Phytobiom. So wird die gesamte Mikrobiologie auf, in und um Pflanzen bezeichnet. In natürlichen Böden leben besonders viele Bakterien und Pilze, die unter anderem abgestorbene Organik ab- und umbauen. Pflanzen scheiden gezielt Nährstoffe wie einfache Zuckerverbindungen oder Aminosäuren über die Wurzeln aus (Exsudate). Damit ernähren sie die umgebende Mikrobiologie. Deshalb befinden sich gerade im Bereich um die Wurzel (Rhizosphäre)  5 bis 50 mal höhere Dichten an Mikroorganismen als im umgebenden Boden.

Die abgegebenen Säuren verändern u. a. auch den pH-Wert des Bodens und erhöhen somit die Nährstoffverfügbarkeit. Bis zu 40 % der aus der Photosynthese gewonnenen Assimilate werden so von den Pflanzen in den Boden transportiert. So gibt zum Beispiel ein Hektar Mais in einer Saison bis zu zehn Tonnen Zucker an Wurzelausscheidungen in den Boden ab. Im Gegenzug erhalten die Pflanzen über Bakterien und Pilze vermehrt Nährstoffe und Wasser aus der Umgebung. Stoffwechselprodukte der Mikrobiologie regen das Wurzelwachstum an, fördern die Photosyntheseleistung und können sogar die genetische Struktur der Pflanzen beeinflussen. Durch Wurzelausscheidungen von Pflanzenhormonen können Pflanzen mit der sie umgebenden Mikrobiologie „kommunizieren“, sie aktiv beeinflussen und so verschiedene Abwehrmechanismen aktivieren.

Studien haben gezeigt, dass Pflanzenhormone wie zum Beispiel Salizylsäure oder Jasmonsäure einen großen Einfluss auf die Art der mikrobiologischen Besiedelung haben. So fördert Salizylsäure im Wurzelraum das Wachstum bestimmter Mikroorganismen, während andere in ihrer Entwicklung gehemmt werden. Bestimmte Mikroorganismen können selbst Pflanzenhormone oder deren Vorstufen bilden und somit die Entwicklung und Gesundheit der Pflanzen beeinflussen.

Wie in sämtlichen Ökosystemen gilt auch hier: Je größer die Artenvielfalt, desto stabiler ist dieses System. Desto leichter kann es auch auf Veränderungen reagieren. Schätzungen gehen davon aus, dass ein Gramm Boden bis zu zehn Milliarden Mikrobenzellen mit tausenden unterschiedlichen Arten enthält. Somit ist der Boden einer der artenreichsten Lebensräume.

Potenzial in der Landwirtschaft

Die Mikrobiomforschung sieht gerade im Bereich der Landwirtschaft ein riesiges Potenzial. Durch das Einbringen von Bakterien und Pilzen in das Mikrobiom von Böden und Pflanzen sollen Resistenzen gegen Trockenheit oder Krankheiten gefördert und Erträge gesteigert werden. Dies wird nun als ecological engineering, Biocontrol oder Ökotechnologie bezeichnet.

Diese Methoden sollen dabei helfen, die Welternährung der Zukunft sicherzustellen und den Einsatz von Agrarchemie zu reduzieren. Wissenschaftler aus unterschiedlichen Disziplinen forschen derzeit weltweit an einem ganzheitlichen Ansatz über Wirkungsweisen und Symbiosen von Pflanzen und deren Mikrobiom. Das Wissen um das Zusammenspiel zwischen Pflanzen und Mikroben kann dabei helfen, komplexe ökologische Zusammenhänge zu verstehen. Die gewonnenen Erkenntnisse können die Grundlage für eine umweltschonende und nachhaltige Landwirtschaft sein.

Gezielte Methoden

Neue Begriffe begleiten die Themen und Erkenntnisse, die sich im Rahmen der Mikrobiomforschung entwickelt haben:

Beim „ecological engineering“ wird die Mikrobiologie in der Rhizosphäre gezielt verändert. Dadurch soll das Pflanzenwachstum und die Fruchtbarkeit der Böden gefördert und Bodenbildung angeregt werden. Ziel ist es, das Zusammenspiel zwischen Boden, Mikroorganismen und Pflanzenwurzeln zu verbessern (Rhizosphere feedback Loop).

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