RHIZOSPHÄRE: EIGENSCHAFTEN, MIKROBIOLOGIE UND BEDEUTUNG - BIOLOGIE - 2025

Die Rhizosphäre ist die Bodenzone, die eine Wurzel einer Pflanze umgibt. Sowohl die Biologie als auch die Chemie des Bodens werden von dieser Wurzel beeinflusst. Dieser Bereich ist ungefähr 1 mm breit und hat keinen definierten Rand. Er wird von Verbindungen beeinflusst, die von der Wurzel abgesondert werden, und von Mikroorganismen, die sich von den Verbindungen ernähren.

Der Begriff Rhizosphäre leitet sich vom griechischen Wort Rhiza ab, das "Wurzel" und "Kugel bedeutet Einflussfeld" bedeutet. Es war der deutsche Wissenschaftler Lorenz Hiltner (1904), der es zuerst als "die Bodenzone unmittelbar neben den Wurzeln von Hülsenfrüchten, die ein hohes Maß an bakterieller Aktivität unterstützt" beschrieb.

Zusammensetzung der Rhizosphäre

Die Definition der Rhizosphäre hat sich jedoch weiterentwickelt, da andere physikalische, chemische und biologische Eigenschaften entdeckt wurden. Die Rhizosphäre wird stark von den Wurzeln der Pflanzen beeinflusst, die intensive biologische und chemische Aktivitäten fördern.

Organismen, die in der Rhizosphäre koexistieren, zeigen eine Vielzahl von Wechselwirkungen untereinander und mit Pflanzen. Diese Wechselwirkungen können das Wachstum einer Vielzahl von Pflanzen beeinflussen, weshalb Rhizosphären als Ersatz für chemische Düngemittel und Pestizide sehr wichtig sind.

Eigenschaften der Rhizosphäre

Es ist dünn und in drei Grundzonen unterteilt

Strukturell ist die Rhizosphäre etwa 1 mm breit und hat keine scharfen Kanten. Trotzdem wurden drei Grundzonen in der Rhizosphäre beschrieben:

- Die Endorizosphäre

Es besteht aus dem Wurzelgewebe und umfasst die Endodermis und die kortikalen Schichten.

- Die Rhizoplane

Es ist die Oberfläche der Wurzel, an der Bodenpartikel und Mikroben anhaften. Es besteht aus der Epidermis, der Kortikalis und der Schicht schleimiger Polysaccharide.

- Die Ektorizosphäre

Es ist der äußerste Teil; das heißt, der Boden, der unmittelbar an die Wurzel angrenzt.

In einigen Fällen können andere wichtige rhizosphärische Schichten gefunden werden, wie die Mycorizosphäre und Rhizovain.

In der Rhizosphäre werden verschiedene Verbindungen freigesetzt

Während des Wachstums und der Entwicklung einer Pflanze werden verschiedene organische Verbindungen durch Exsudation, Sekretion und Ablagerung hergestellt und freigesetzt. Dies führt dazu, dass die Rhizosphäre im Vergleich zum Rest des Bodens reich an Nährstoffen ist.

Die Wurzelexsudate umfassen Aminosäuren, Kohlenhydrate, Zucker, Vitamine, Schleime und Proteine. Die Exsudate wirken als Botenstoffe, die die Wechselwirkungen zwischen den Wurzeln und den im Boden lebenden Organismen stimulieren.

Ändert den pH-Wert des Bodens um die Wurzeln

Die Rhizosphärenumgebung hat im Allgemeinen einen niedrigeren pH-Wert mit weniger Sauerstoff und höheren Kohlendioxidkonzentrationen. Exsudate können jedoch den Boden in der Rhizosphäre saurer oder alkalischer machen, abhängig von den Nährstoffen, die die Wurzeln dem Boden entnehmen.

Wenn eine Pflanze beispielsweise Stickstoff in Ammoniummolekülen absorbiert, setzt sie Wasserstoffionen frei, die die Rhizosphäre saurer machen. Wenn eine Pflanze dagegen Stickstoff in Nitratmoleküle aufnimmt, setzt sie Hydroxylionen frei, die die Rhizosphäre alkalischer machen.

Mikrobiologie

Wie oben erwähnt, ist die Rhizosphäre eine Umgebung mit einer hohen Dichte an Mikroorganismen verschiedener Arten.

Zum besseren Verständnis können die Mikroorganismen der Rhizosphäre entsprechend ihrer Wirkung auf Pflanzen in drei große Gruppen eingeteilt werden:

Nützliche Mikroben

Diese Gruppe umfasst Organismen, die das Pflanzenwachstum direkt fördern - beispielsweise indem sie der Pflanze die notwendigen Nährstoffe liefern - oder indirekt schädliche Mikroben durch verschiedene Resistenzmechanismen hemmen.

In der Rhizosphäre herrscht ständiger Wettbewerb um Ressourcen. Nützliche Mikroben begrenzen den Erfolg von Krankheitserregern durch verschiedene Mechanismen: die Produktion von biostatischen Verbindungen (die das Wachstum oder die Vermehrung von Mikroorganismen hemmen), die Konkurrenz um Mikronährstoffe oder die Stimulierung des Immunsystems der Pflanze.

Kommensale Mikroben

In diese Kategorie fallen die meisten Mikroben, die die Pflanze oder den Erreger nicht direkt schädigen oder fördern. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass Kommensalmikroben in gewissem Maße jeden anderen Mikroorganismus durch ein komplexes Netzwerk von Wechselwirkungen beeinflussen, die eine indirekte Wirkung auf die Pflanze oder den Erreger haben würden.

Obwohl es bestimmte Mikroorganismen gibt, die die Pflanze (direkt oder indirekt) vor Krankheitserregern schützen können, wird ihre Wirksamkeit weitgehend vom Rest der mikrobiellen Gemeinschaft beeinflusst.

Somit können Kommensalmikroorganismen effektiv mit anderen Mikroorganismen konkurrieren und eine indirekte Wirkung auf die Pflanze ausüben.

Pathogene Mikroben

Eine Vielzahl von Bodenpathogenen kann die Pflanzengesundheit beeinträchtigen. Vor der Infektion konkurrieren diese schädlichen Mikroben mit vielen anderen Mikroben in der Rhizosphäre um Nährstoffe und Raum. Nematoden und Pilze sind die beiden Hauptgruppen von Bodenpathogenen.

In gemäßigten Klimazonen sind pathogene Pilze und Nematoden agronomisch wichtiger als pathogene Bakterien, obwohl einige Bakteriengattungen (Pectobacterium, Ralstonia) bei einigen Kulturen erhebliche wirtschaftliche Schäden verursachen können.

Viren können Pflanzen auch durch Wurzeln infizieren, benötigen jedoch Vektoren wie Nematoden oder Pilze, um in das Wurzelgewebe einzudringen.

Bedeutung

Zieht nützliche Mikroorganismen an

Die hohen Feuchtigkeits- und Nährstoffgehalte in der Rhizosphäre ziehen viel mehr Mikroorganismen an als andere Teile des Bodens.

Einige der in der Rhizosphäre sekretierten Verbindungen fördern die Etablierung und Proliferation von mikrobiellen Populationen, die im Vergleich zum Rest des Bodens viel höher sind. Dieses Phänomen ist als Rhizosphäreneffekt bekannt.

Bietet Schutz vor pathogenen Mikroorganismen

Die Wurzelzellen werden ständig von Mikroorganismen angegriffen, weshalb sie über Schutzmechanismen verfügen, die ihr Überleben garantieren.

Diese Mechanismen umfassen die Sekretion von Abwehrproteinen und anderen antimikrobiellen Chemikalien. Es wurde festgestellt, dass die Exsudate in der Rhizosphäre je nach Wachstumsstadium der Pflanze variieren.

Schützt die Wurzeln vor Austrocknung

Mehrere Studien legen nahe, dass der Boden in der Rhizosphäre deutlich feuchter ist als der Rest des Bodens, wodurch die Wurzeln vor dem Austrocknen geschützt werden.

Die nachts von den Wurzeln freigesetzten Exsudate ermöglichen die Ausdehnung der Wurzeln im Boden. Wenn der Schweiß bei Tageslicht wieder aufgenommen wird, beginnen die Exsudate auszutrocknen und haften an den Bodenpartikeln in der Rhizosphäre. Wenn der Boden trocknet und sein hydraulisches Potenzial abnimmt, verlieren die Exsudate Wasser an den Boden.

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