Pflanzen kommunizieren heimlich über den Boden miteinander, und diese unterirdischen Botschaften könnten die Ernteerträge begrenzen. Eine neue Studie, die kürzlich veröffentlicht wurde, … AoB PLANTS festgestellt, dass Sorghumpflanzen erkennen ihre Nachbarn durch Signale, die im Wasser des Bodens übertragen werden.Dies löst wichtige Veränderungen im Wachstum aus, die erklären könnten, warum eine höhere Pflanzdichte nicht immer zu höheren Erträgen führt.
Landwirte wissen seit Langem, dass die Pflanzdichte eine Rolle spielt. Stehen die Pflanzen zu dicht beieinander, wachsen sie schlechter und der Ertrag fällt geringer aus. Stehen sie hingegen zu weit auseinander, verschwenden sie wertvolles Land, das sie für den Anbau weiterer Pflanzen nutzen könnten. Weniger klar war bisher, wie Pflanzen ihre Nachbarn wahrnehmen, insbesondere unter der Erde, wo Wurzeln miteinander konkurrieren und kommunizieren – fernab unserer Sicht.
Um diese Wechselwirkungen im Boden besser zu verstehen, untersuchten Shiran Ben-Zeev und ihre Kollegen, wie verschiedene Sorghumarten – ein Getreide, das Trockenheit gut verträgt und in Afrika und Asien viele Menschen ernährt – auf benachbarte Pflanzen reagieren. Sie führten Experimente durch, um herauszufinden, ob die Pflanzen tatsächlich über chemische Botenstoffe miteinander kommunizieren oder ob ihre Reaktionen lediglich auf die räumliche Nähe zurückzuführen sind. Die Forscher wollten wissen, ob Sorghumpflanzen ihr Verhalten allein aufgrund der Anwesenheit anderer Sorghumpflanzen verändern.
Das Team nutzte zwei Methoden, um Pflanzen gemeinsam anzubauen. Bei der einen wurde eine zentrale Sorghumpflanze in einem Topf von benachbarten Pflanzen umgeben. Dabei wurde darauf geachtet, dass sich die Blätter der Pflanzen nicht gegenseitig beschatteten und ihnen somit nicht das Licht nahmen. Dadurch wurde sichergestellt, dass die Pflanzen sich über ihre Wurzeln beeinflussten und nicht nur um Licht konkurrierten.
Im zweiten System wurden die Pflanzen nie zusammen angebaut. Stattdessen wurde eine Nährlösung durch Töpfe mit Sorghumpflanzen geleitet, und anschließend verwendeten die Forscher diese Lösung, um andere Töpfe mit jeweils einer einzelnen Zielpflanze zu bewässern. Auf diese Weise erhielt die Zielpflanze ausschließlich die chemischen Signale, die von den Wurzeln der anderen Pflanzen stammten.
Wenn die untersuchten Pflanzen mit anderen Pflanzen in einem Topf standen, wuchsen sie durchweg langsamer. Ihr Trockengewicht, ihre Höhe und ihre Blattfläche waren im Vergleich zu einzeln gewachsenen Pflanzen reduziert. Pflanzen, die Nachbarpflanzen ausgesetzt waren, zeigten eine geringere Stomata-Leitfähigkeit, was bedeutet, dass sie die Spaltöffnungen (Stomata) ihrer Blätter, die den Gasaustausch regulieren, teilweise schlossen, und eine reduzierte Effizienz des Photosystems II, einer Schlüsselkomponente der Photosynthese.
Im zweiten Versuchssystem, in dem die Pflanzen sich nie berührten und nicht direkt um Platz oder Nährstoffe konkurrierten, zeigte sich jedoch dasselbe Muster. Pflanzen, die mit einer Lösung bewässert wurden, die durch die Wurzeln anderer Pflanzen geflossen war, wiesen – genau wie die Pflanzen mit direkten Nachbarpflanzen – reduzierte photosynthetische Assimilationsraten und eine geringere Stomata-Leitfähigkeit auf.
„Mithilfe zweier sich ergänzender Experimente wollten wir untersuchen, ob die unterirdischen Einflüsse benachbarter Pflanzen das Wachstum, die Entwicklung und die Physiologie von Pflanzen verändern können, selbst bei ausreichendem Nährstoffangebot. Insgesamt fanden wir Bestätigung für unsere Hypothese, dass Reaktionen auf die Wurzeln benachbarter Pflanzen die Pflanzenproduktivität unabhängig von der Nährstoffverfügbarkeit beeinflussen können.“
Dies deutet darauf hin, dass Sorghum-Pflanzen chemische Botenstoffe in das Bodenwasser abgeben, die von ihren Nachbarpflanzen wahrgenommen und beantwortet werden können. Diese Signale scheinen stark genug zu sein, um andere Pflanzen dazu zu bringen, ihr Wachstumsverhalten zu ändern, selbst wenn sie nicht nebeneinander wachsen.
Das wirklich Interessante daran ist, dass verschiedene Sorghumsorten unterschiedlich stark auf dieselben Signale reagierten. Alle getesteten Sorten zeigten dasselbe Muster: Sie mochten keine Nachbarpflanzen, aber einige waren empfindlicher als andere. Genau diese Variation ist es, wonach Pflanzenzüchter suchen. Wenn Wissenschaftler die Gene identifizieren können, die die Empfindlichkeit gegenüber diesen Signalen im Boden steuern, könnten sie Sorghum züchten, das diese Signale ignoriert und auch bei dichtem Pflanzenwuchs weiterwächst.
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Ben-Zeev S., Penn A. Lawrence-Paul E., Abrams DR, Ben-Zeev R., Lowry C. und Lasky J. (2025) „Nachbarerkennung durch Rhizodeposite bei Sorghum beeinflusst Pflanzenphysiologie und Produktivität“ AoB PLANTS. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/aobpla/plaf065
Titelbild: Sorghum zweifarbig by zebedeugalinha/iNaturalist CC-BY
