Böden sind faszinierend komplexe Systeme. Nicht nur wegen der chemischen Prozesse, sondern auch wegen der dynamischen Wechselwirkungen zwischen unzähligen Mikroorganismen und ihrer Rolle im Nährstoffkreislauf des Bodens. Arbuskuläre Mykorrhizapilze sind die Symbiosepartner von 80 % aller Gefäßpflanzen und helfen bei der Nährstoffaufnahme der Pflanzen. Sie können ein Netzwerk von Hyphen um Pflanzenwurzeln bilden und zu nährstoffreichen Flecken im Boden wachsen. Bakterien sind auch entscheidend für die Bereitstellung von Nährstoffen für Pflanzen, aber sie sind im Boden etwas weniger mobil.
Dr. Feiyan Jiang, Gu Feng und Kollegen von der Agricultural University (Peking) und dem James Hutton Institute untersuchten, ob ein Phosphor (P)-lösliches Bakterium kann auf den Hyphen eines Mykorrhizapilzes „reisen“.. Die Forscher fanden heraus, dass sich die Bakterien zwar entlang der Pilzhyphen in Petrischalen und Bodenexperimenten zu Nährstoffen bewegen können, aber die Bakterien können nicht übertragen werden, ohne dass die Pilze eine Energiequelle bereitstellen.
Jiang, Feng und Kollegen verwendeten die P-löslich machenden Bakterien, Rahnella Aquatilis und die gut untersuchten Mykorrhizapilze, Rhizophagus Irregularis für die Experimente. Die Forscher teilten Petrischalen in ein Impfkompartiment für einige Karottenwurzeln und Pilze und ein Zielkompartiment mit Nährstoffen. Die beiden Kompartimente waren durch einen Luftspalt getrennt, sodass die Pilze Hyphen hindurchzüchten mussten, um das Zielkompartiment zu erreichen.
Für ein Experiment ersetzten Wissenschaftler die Pilzhyphen im Luftspalt durch Nylonfasern, um zu testen, ob die Hyphen nur eine physische Brücke für die Bakterien darstellen. Um zu testen, ob Bakterien eine Wasserfilmschicht benötigen, um sich über die Hyphen oder Fasern zu bewegen, fügten die Forscher auch etwas Wasser und verschiedene Kohlenstoffquellen (z. B. Glukose) hinzu. Während Rahnella Aquatilis ein mobiles Bakterium ist, verwendeten die Forscher auch nicht begeißelte Bakterien (Mikrococcus luteus) als Vergleich der Bakterienmobilität. Jiang, Feng und Kollegen untersuchten auch die Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Pilzen in Böden, indem sie vor dem Anbau von Maispflanzen Hyphentransportsäulen vergruben und die Mykorrhizapilze und P hinzufügten. Die Forscher untersuchten auch verschiedene Genaktivitäten, um die zugrunde liegenden Mechanismen der Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Pilzen zu erfassen die Experimente.
Jiang, Feng und Kollegen fanden heraus, dass Wasserfilm und Pilzexsudate die Bewegung von P-löslich machenden Bakterien antrieben. Das Bakterium konnte sich nicht auf der Nylonfaser im Luftspalt ausbreiten, außer wenn die Faser am Boden der Petrischale mit einer Kohlenstoffquelle beschichtet war. Das nicht begeißelte Bakterium erreichte das Zielkompartiment nicht. Beim Transport der Bakterien durch die Mykorrhizapilze wurde bei jedem Versuch mehr organisches P mineralisiert.
„In der vorliegenden Studie fanden wir heraus, dass AM [arbuskuläre Mykorrhiza]-Pilzhyphen als Autobahnen für phosphatlösliche Bakterien dienen könnten, was zu einer heterogenen Verteilung von Bakterien entsprechend der Verfügbarkeit von organischem P und der Erleichterung der P-Mineralisierung führt“, schrieben Jiang, Feng und Kollegen .
Die Genexpressionsanalyse zeigte, dass ein Glukosetransportergen und ein Schlüsselgen für die Zellteilung in den P-löslichmachenden Bakterien zunahmen, wenn sich die Bakterien auf den Pilzhyphen fortbewegten, verglichen mit der Fortbewegung auf dem beschichteten Fasernylon. Insgesamt hat diese Studie gezeigt, dass arbuskuläre Mykorrhizapilze die P-löslich machenden Bakterien aktiv rekrutieren, transportieren und stimulieren, um das organische P zum Vorteil der Pilze zu mineralisieren.
„Unsere Ergebnisse könnten genutzt werden, um die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroben besser zu steuern und die Fähigkeit biologischer Inokula mit AM-Pilzen und Bakterien zu verbessern, um die Nachhaltigkeit landwirtschaftlicher Nutzpflanzen unter P-begrenzten Bedingungen zu verbessern.“
