Pilze machen Schwermetalle unschädlich

7. Mai 2005, 10:00
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Wiener Forscher testen Pflanzensymbiosen zur Sanierung verseuchter Böden

Symbiosen sind Zusammenschlüsse zwischen zwei verschiedenen Partnern, von denen beide profitieren. Eine weit verbreitete, aber wenig bekannte Symbiose ist die so genannte Mykorrhiza. Es handelt sich dabei um die Partnerschaft zwischen Pilzen und höheren Pflanzen.

Pilze bestehen aus feinen Zellfäden, den Hyphen, die unterirdisch ein weit verzweigtes Netz, das Myzel, bilden. Bei der so genannten arbuskulären Mykorrhiza besiedeln mikroskopisch kleine Bodenpilze die Pflanzenwurzeln und bilden darin die namensgebenden bäumchenförmigen Strukturen, die Arbuskeln (siehe Bild). Mehr als 80 Prozent der Landpflanzen gehen diese Symbiose ein, denn sie profitieren heftig davon: Der Pilz bewirkt eine verbesserte Aufnahme von Nährstoffen - allen voran des häufig im Mangel vorliegenden Phosphates.

Bis zu 80 Prozent des Phosphates, das die Pflanze aufnimmt, können durch den Pilz herangeführt werden. Im Austausch dafür gibt ihm die Pflanze ihre Kohlenhydrate, sprich Zucker - und zwar bis zu 20 Prozent. Gleichzeitig bewirkt das sich auch nach außen ausbreitende Myzel eine gewaltige Oberflächenvergrößerung der Wurzeln und damit eine erhöhte Wasseraufnahme. In der Folge wachsen Pflanzen mit Mykorrhiza um vieles besser als solche ohne.

An praktischen Anwendungen der arbuskulären Mykorrhiza wird intensiv gearbeitet. An der Universität für Bodenkultur in Wien beschäftigen sich drei verschiedene Institute mit unterschiedlichen Aspekten. Peter Schweiger vom Institut für Bodenforschung befasst sich mit den Möglichkeiten der Mykorrhiza für die Phytosanierung von mit Schwermetallen verunreinigten Böden. Dabei werden Arten angepflanzt, die die Schwermetalle entweder immobilisieren oder überhaupt extrahieren. Die Methode ist umweltfreundlich und kostengünstig, allerdings sind die meisten Pflanzen, von denen bisher bekannt war, dass sie Schwermetalle gefahrlos akkumulieren können, zu klein, um große Mengen an Metall neutralisieren zu können. Auch bilden die meisten dieser Arten keine Mykorrhiza aus. Daher wurde die Bedeutung der Pilze für die Phytosanierung bisher als vernachlässigbar eingeschätzt. Nun wurden jedoch schnell wachsende Pappeln und Weiden entdeckt, die Schwermetalle unbeschadet akkumulieren und sehr wohl eine Mykorrhiza ausbilden. Bei den meisten Pflanzen bewirkt die Mykorrhiza eine reduzierte Aufnahme von Giftstoffen wie Schwermetallen. In der Vorstudie zu einem vom Wissenschaftsfonds geförderten Projekt konnten Schweiger und seine Mitarbeiter jedoch zeigen, dass besagte Pappeln und Weiden mit Mykorrhiza deutlich mehr Schwermetalle speicherten als ohne. Im eigentlichen Projekt werden Schweiger und sein Team der Frage nachgehen, welchen Einfluss Mykorrhiza-Pilze auf die Schwermetallverfügbarkeit in Böden und auf die Aufnahme, den Transport und die Verteilung von Schwermetallen in Pappeln und Weiden haben.

Eine gut ausgebildete arbuskuläre Mykorrhiza steigert nicht nur die Wasser- und Nährstoffaufnahme ihres pflanzlichen Partners, sondern auch seine Widerstandsfähigkeit gegen Krankheitserreger. Für die Landwirtschaft ist das von großem Interesse, weil die Mykorrhiza damit eine kostengünstige und umweltschonende Alternative beziehungsweise Ergänzung zum Einsatz von Düngern und Pestiziden darstellen kann. Die Arbeitsgruppe um Manfred Gollner vom Institut für Ökologischen Landbau beschäftigt sich damit, welche Bodenbearbeitungsmethoden und welche Düngemittel die Mykorrhiza fördern beziehungsweise schädigen und wie sich die Umstellung auf ökologischen Landbau auf sie auswirkt.

Sowohl mit grundsätzlichen als auch mit angewandten Fragen der Mykorrhiza befassen sich Horst Vierheilig und seine Arbeitsgruppe am Institut für Pflanzenschutz. So geht es unter anderem um den Signalaustausch, der bei der Etablierung der Symbiose zwischen Pilz und Pflanze stattfindet. Dieser muss sehr komplex sein, denn bei der Kolonisierung durch den Pilz ändert sich der ganze Metabolismus der Pflanze - unter anderem steigt der Gehalt an Flavonoiden, die bei dem Zusammenschluss als Botenstoffe fungieren. Flavonoide bekämpfen aber auch Bakterien und Viren, was sie für die Gesundheit des Menschen interessant macht. So sind sie zum Beispiel wichtige Bestandteile in medizinisch genutzten Extrakten der Schlüsselblume. Auch der Gehalt anderer, medizinisch interessanter Pflanzeninhaltsstoffe kann durch Mykorrhizierung erhöht werden. Da die Nachfrage nach Medikamenten pflanzlichen Ursprungs im Steigen ist, besteht hier eine weitere praktische Anwendungsmöglichkeit der Mykorrhiza, die die Forscher um Vierheilig derzeit gemeinsam mit Botanikern der Veterinärmedizinischen Universität genauer untersuchen. Wie der Signalaustausch zwischen Pilz und Pflanze wirklich abläuft, ist weit gehend unbekannt und Gegenstand von Vierheiligs Grundlagenforschung.

Viele Leguminosen wie Erbsen und Bohnen gehen Symbiosen mit Stickstoff bindenden, Knöllchen bildenden Bakterien, den Rhizobien, ein. Dabei scheinen Phytohormone eine wichtige Rolle zu spielen, denn wenn in einem Teil der Wurzeln schon viele Knöllchen sind, wird die Knöllchenbildung in anderen Bereichen der Wurzeln unterdrückt - ein Phänomen, das als Autoregulation bezeichnet wird. Sojabohnen, deren Autoregulation künstlich unterdrückt wurde und die entsprechend im gesamten Wurzelsystem Knöllchen bilden, weisen gegenüber der autoregulierenden Variante deutlich veränderte Gehalte von Pflanzenhormonen auf.

Nun hat es den Anschein, dass ein ähnlicher Mechanismus der Autoregulation auch bei der arbuskulären Mykorrhiza abläuft, denn wenn ein Teil des Wurzelsystems vom Pilz besiedelt wurde, kann auch hier die weitere Kolonisation unterdrückt werden. Auch der Umstand, dass mykorrhizierte Pflanzen weniger anfällig gegen krankheitserregende Pilze im Boden sind, hängt möglicherweise mit der Autoregulation zusammen. Ob wirklich und wie, wollen Vierheilig und Team nun klären. (Susanne Strnadl/DER STANDARD, Print-Ausgabe, 7./8. 5. 2005)

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