Der Boden lebt! Dieser „Käfer“ hilft Pflanzen beim Wachsen

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Sun Kuo, Ma Quanhui, Xu Zhenzhu (Institut für Botanik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um die neuesten Geheimnisse der Biowissenschaften zu entschlüsseln, hat das Spitzentechnologieprojekt von China Science Popularization eine Artikelserie mit dem Titel „Neues Wissen über das Leben“ veröffentlicht, die Lebensphänomene interpretiert und die Geheimnisse der Biologie aus einer einzigartigen Perspektive enthüllt. Tauchen wir ein in die Welt des Lebens und erkunden wir die unendlichen Möglichkeiten.

Was? Der Boden lebt!

Der Boden ist ein wichtiger Bestandteil der natürlichen Umwelt. Der Boden unter unseren Füßen entsteht durch die Verwitterung nackten Gesteins und einer Mischung zersetzter Lebewesen. Im Boden leben Milliarden winziger Organismen. Die Anzahl der Organismen in 1 Gramm gesundem Boden ist größer als die Anzahl der Menschen auf der Erde (Abbildung 1). In den Bodenporen lebt eine Klasse fadenförmiger Wirbelloser, die für ihre Fortbewegung auf Wasserfilme angewiesen sind. Sie werden als „Regulatoren“ des Pflanzenwachstums bezeichnet. Es handelt sich um Fadenwürmer.

Der Stamm der Nematoden ist einer der größten Stämme im Tierreich. Er umfasst schätzungsweise mehr als eine Million Arten und ihre Anzahl ist extrem groß. Mit Millionen von Tieren pro Kubikmeter sind sie die zahlreichsten Tiere auf der Erde. Ihre Zahl in der globalen Erdoberfläche erreicht 4,4 × 10²⁰, mit einer Biomasse von 300 Millionen Tonnen, was etwa 82 % des gesamten menschlichen Körpergewichts entspricht.

Abbildung 1 Der Boden ist lebendig

(Bildquelle: FAO 2020)

Verschiedene Organismen im Boden bilden durch Raubtierbeziehungen eine komplexe Netzwerkstruktur, die als Nahrungsnetz im Boden bezeichnet wird (Abbildung 2). Bodennematoden besetzen alle trophischen Ebenen des Nahrungsnetzes. Es gibt pflanzenfressende Nematoden, bakterienfressende Nematoden, pilzfressende Nematoden und räuberisch-allesfressende Nematoden. Die verschiedenen fressenden Nematoden können im Allgemeinen anhand der Art ihrer Mundwerkzeuge und ihrer Speiseröhre unterschieden werden (Abbildung 3).

Darüber hinaus sind bakterienfressende Nematoden auf niedrigen trophischen Ebenen tendenziell kleiner, während räuberische Nematoden auf höheren trophischen Ebenen größer sind ( Abbildung 4 ). Bodennematoden spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der mikrobiellen Aktivität, des Nährstoffkreislaufs im Boden und des Pflanzenwachstums. Sie sind der beste Indikator für die Bodengesundheit und „Regulatoren“ des Pflanzenwachstums.

Abbildung 2 Nahrungsnetz im Boden

(Bildquelle: FAO 2020)

Abbildung 3 Mundwerkzeugstrukturen verschiedener Bodennematoden (ae sind bakterienfressende, pilzfressende, phytophage und räuberisch-omnivore Nematoden) und mehrerer Cephalobidae-Nematoden (gn)

(Bildquelle: Referenz 2)

Abbildung 4 Bodennematoden unter dem Mikroskop (20-40-fach)

(Bildnachweis: Foto aufgenommen von Ma Quanhui)

Tauchen wir nun in die mikroskopische Welt ein und erfahren Sie mehr über die wichtige Rolle der Bodennematoden!

Bodennematoden sind „Regulatoren“ des Pflanzenwachstums

Bodennematoden spielen eine heimliche, aber wichtige Rolle beim Pflanzenwachstum. Pflanzen benötigen zum Wachsen verschiedene Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor und Bodennematoden spielen bei der „Düngemittelumwandlung“ eine wichtige Rolle. Nematoden ernähren sich von verschiedenen Mikroorganismen im Boden, fördern die Nährstoffzirkulation im Boden und den Abbau organischer Stoffe, verbessern die Bodenfruchtbarkeit und fördern so das Pflanzenwachstum.

Gleichzeitig können Bodennematoden Bakterien dazu anregen, Hormonsubstanzen freizusetzen, die das Pflanzenwachstum unterstützen, wie etwa Indolessigsäure und Auxin. Darüber hinaus stimulieren einige pflanzenfressende Fadenwürmer das Wurzelwachstum leicht, indem sie sich von den äußeren Zellen der Pflanzenwurzeln ernähren. Dadurch fördern sie die Ausbreitung und Vertiefung der Pflanzenwurzeln und verbessern die Fähigkeit der Pflanze, Wasser und Nährstoffe aufzunehmen.

Abbildung 5 Bodennematoden sind „Regulatoren“ des Pflanzenwachstums

(Bildquelle: Referenz 5)

Pflanzengesundheit „Untergrund-Leibwächter“

Während des Lebenszyklus einer Pflanze ist das Wurzelsystem ständig durch Schädlinge und Krankheiten bedroht. Nematoden helfen Pflanzen, Schädlingen und Krankheiten zu widerstehen, indem sie Krankheitserreger und Schädlinge im Boden jagen.

Beispielsweise können insektenpathogene Nematoden Schädlinge finden und infizieren, die Pflanzen schädigen, und so den durch Schädlinge verursachten Schaden an Pflanzen verringern. Bakterielle Nematoden können sich direkt von Krankheitserregern ernähren, die Wurzelkrankheiten bei Pflanzen verursachen, und so für ein gesundes Pflanzenwachstum sorgen.

Gleichzeitig können Bodennematoden nützliche Mikroorganismen zur Absonderung antagonistischer Substanzen anregen und so den Pflanzen helfen, dem Eindringen von Krankheitserregern zu widerstehen. Daher sind Nematoden wie die „unterirdischen Leibwächter“ der Pflanzen, die in der Rhizosphäre patrouillieren und das gesunde Wachstum der Pflanzen schützen. Allerdings können auch einige pflanzenparasitäre Fadenwürmer Pflanzen schädigen. Sojabohnenzystennematoden und Wurzelgallennematoden befallen beispielsweise die Wurzeln von Nutzpflanzen und führen zu einer erheblichen Verringerung der Getreideproduktion. Um diese „bösen Insekten“ zu beseitigen, sind Präventions- und Kontrollmaßnahmen erforderlich.

Abbildung 6 Bodennematoden verhindern das Gedeihen von Pflanzen

(Bildquelle: Referenz 7)

Kontrollleuchten für die Bodengesundheit

Bei einer Degradation oder Störung des Bodens verändern sich Häufigkeit und Struktur der Bodennematodengemeinschaften, was uns ein Instrument zur Überwachung der Bodenqualität bietet. Die Diversität, der Anreicherungsindex und der Reifeindex von Bodennematoden können den Gesundheitszustand des Bodens effektiv widerspiegeln. Beispielsweise kann nach Übernutzung von Land die Vielfalt der Bodennematoden abnehmen und die Struktur vereinfacht werden, was auf eine Verschlechterung der Bodenfunktionen hindeutet. Es ist, als würde die „Gesundheitsanzeige“ des Bodens schwächer werden und uns daran erinnern, dass wir Schritte zur Verbesserung der Bodenbedingungen unternehmen müssen.

Abbildung 7 Weltbodentag, Schutz der Bodenbiodiversität

(Fotoquelle: China Green Foundation)

Obwohl Bodennematoden winzig klein sind, kommen sie in großer Zahl und Vielfalt vor und spielen eine Schlüsselrolle bei der Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit und der Regulierung des Pflanzenwachstums. Bodennematoden sind die „heimlichen Wächter“ der Bodengesundheit und eine unverzichtbare und wertvolle Ressource für die Erde. Lassen Sie uns von nun an beginnen, den Bodennematoden mehr Aufmerksamkeit zu schenken und sie besser zu verstehen, die biologische Vielfalt im Boden zu schützen und gemeinsam ein grünes Zuhause zu bauen!

Quellen:

1.Bongers, T., & Ferris, H. (1999). Nematoden-Gemeinschaftsstruktur als Bioindikator in der Umweltüberwachung. Trends in Ökologie & Evolution, 14(6), 224-228.

2.Ugarte, CM (2009) Bodennematoden in ökologischen Landwirtschaftssystemen. https://eorganic.org/node/4495

3.Du Preez, G., Daneel, M., De Goede, R., Du Toit, MJ, Ferris, H., Fourie, H., ... & Schmidt, JH (2022). Auf Nematoden basierende Indizes in der Bodenökologie: Anwendung, Nutzen und zukünftige Richtungen. Bodenbiologie und Biochemie, 169, 108640.

4. Holovachov, O., De Ley, IT, Mundo-Ocampo, M. & De Ley, P. 2009. Identifizierung von Cephaloboidea Nematoda). EUMAINE, Gent und Nematologie, UC Riverside. 86 Seiten

5.Li, G., Liu, T., Whalen, JK, & Wei, Z. (2023). Nematoden: ein übersehener kleiner Ingenieur der Pflanzengesundheit. Trends in Plant Science, 29(1), 52-63.

6.Van Den Hoogen, J., Geisen, S., Routh, D., Ferris, H., Traunspurger, W., Wardle, DA, ... & Crowther, TW (2019). Häufigkeit und Zusammensetzung der funktionellen Gruppen von Bodennematoden auf globaler Ebene. Nature, 572(7768), 194-198.

7. Wilschut, RA, & Geisen, S. (2021). Nematoden als Treiber der Pflanzenleistung in natürlichen Systemen. Trends in Plant Science, 26(3), 237-247.