Rhizosphäreneigenschaften, Mikrobiologie und Bedeutung

Die Rhizosphäre ist die Zone des Bodens, die eine Wurzel einer Pflanze umgibt. Von dieser Wurzel sind sowohl die Biologie als auch die Bodenchemie beeinflusst. Dieser Bereich ist ungefähr 1 mm breit und hat keine definierte Kante, es ist ein Bereich, der von Verbindungen beeinflusst wird, die von der Wurzel und von Mikroorganismen, die sich von den Verbindungen ernähren, austreten.

Der Begriff Rhizosphäre leitet sich vom griechischen Wort ab Rhiza was bedeutet "Wurzel" und "Sphäre, die Einflussgebiet bedeutet". Es war der deutsche Wissenschaftler Lorenz Hiltner (1904), der es zum ersten Mal als "die Zone des Bodens unmittelbar neben den Wurzeln der Hülsenfrüchte, die eine hohe bakterielle Aktivität unterstützt" beschrieb.

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

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

Index

• 1 Merkmale der Rhizosphäre
  • 1.1 Es ist dünn und unterteilt in drei Grundzonen
  • 1.2 In der Rhizosphäre werden verschiedene Verbindungen freigesetzt
  • 1.3 Ändern Sie den pH-Wert des Bodens um die Wurzeln
• 2 Mikrobiologie
  • 2.1 Nützliche Mikroben
  • 2.2 Kommensale Mikroben
  • 2.3 Pathogene Mikroben
• 3 Bedeutung
  • 3.1 zieht nützliche Mikroorganismen an
  • 3.2 Bietet Schutz vor pathogenen Mikroorganismen
  • 3.3 Schützt die Wurzeln vor dem Austrocknen
• 4 Referenzen

Eigenschaften der Rhizosphäre

Es ist dünn und in drei Grundzonen unterteilt

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

- Die Endorizosphäre

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

- Der Rhizoplane

Es ist die Oberfläche der Wurzel, wo die Bodenteilchen und Mikroben haften. Es wird von der Epidermis, dem Cortex und der Schicht der Schleimpolysaccharide gebildet.

- Die Ektorozisphäre

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

In einigen Fällen finden Sie andere wichtige Rhizosphärenschichten wie Mykorrhiza und Rhizovaine. 

In der Rhizosphäre werden verschiedene Verbindungen freigesetzt

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

Wurzelausscheidungen umfassen Aminosäuren, Kohlenhydrate, Zucker, Vitamine, Schleimstoffe und Proteine. Die Exsudate wirken als Boten, die die Wechselwirkungen zwischen den Wurzeln und den Organismen, die den Boden bewohnen, stimulieren.

Ändern Sie den pH-Wert des Bodens um die Wurzeln

Die Umgebung der Rhizosphäre hat im Allgemeinen einen niedrigeren pH-Wert mit weniger Sauerstoff und höheren Konzentrationen an Kohlendioxid. Exsudate können jedoch den Boden in der Rhizosphäre sauer oder alkalisch machen, abhängig von den Nährstoffen, die die Wurzeln aus dem Boden aufnehmen.

Wenn zum Beispiel eine Pflanze Stickstoff in Ammoniummolekülen absorbiert, setzt sie Wasserstoffionen frei, die die Rhizosphäre saurer machen. Im Gegensatz dazu, wenn eine Pflanze Stickstoff in Nitratmolekülen absorbiert, setzt sie Hydroxylionen frei, die die Rhizosphäre alkalischer machen.

Mikrobiologie

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

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

Nützliche Mikroben

Zu dieser Gruppe gehören die Organismen, die das Wachstum der Pflanze direkt fördern - zum Beispiel indem sie der Pflanze die notwendigen Nährstoffe zuführen - oder indirekt, indem sie schädliche Mikroben durch verschiedene Resistenzmechanismen inhibieren.

In der Rhizosphäre herrscht ein ständiger Wettbewerb um Ressourcen. Nützliche Mikroben begrenzen den Erfolg von Krankheitserregern mit mehreren 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 dieser Kategorie sind die meisten Mikroben, die die Pflanze oder den Erreger nicht schädigen oder direkt davon profitieren. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass kommensale Mikroben zu einem gewissen Grad jeden anderen Mikroorganismus beeinflussen, und zwar durch ein komplexes Netzwerk von Wechselwirkungen, die eine indirekte Wirkung auf die Pflanze oder den Krankheitserreger haben würden.

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

Somit können die kommensalen Mikroorganismen wirksam mit den anderen Mikroorganismen konkurrieren, die eine indirekte Wirkung auf die Pflanze ausüben.

Pathogene Mikroben

Eine Vielzahl von Krankheitserregern, die vom Boden übertragen werden, können die Gesundheit von Pflanzen beeinträchtigen. Vor der Infektion konkurrieren diese schädlichen Mikroben mit vielen anderen Mikroben in der Rhizosphäre um Nährstoffe und Raum. Nematoden und Pilze sind die zwei Hauptgruppen von Pflanzenpathogenen, die durch den Boden übertragen werden.

In gemäßigten Klimazonen sind pathogene Pilze und Nematoden agronomisch wichtiger als pathogene Bakterien, obwohl einige Bakteriengattungen (Pektobacterium, Ralstonia) kann einigen Kulturen erhebliche wirtschaftliche Schäden zufügen.

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

Bedeutung

Zieht nützliche Mikroorganismen an

Die hohe Feuchtigkeit und Nährstoffe in der Rhizosphäre ziehen eine viel größere Anzahl von Mikroorganismen an als andere Teile des Bodens.

Einige der in der Rhizosphäre sekretierten Verbindungen fördern die Bildung und Vermehrung mikrobieller Populationen, die im Vergleich zum Rest des Bodens viel höher sind. Dieses Phänomen ist als Rhizosphäreneffekt bekannt.

Bietet Schutz vor pathogenen Mikroorganismen

Die Zellen der Wurzeln stehen unter ständigem Angriff von Mikroorganismen, 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 den Stadien des Pflanzenwachstums variieren. 

Schützt die Wurzeln vor dem Austrocknen

Mehrere Studien deuten darauf hin, dass der Boden der Rhizosphäre wesentlich feuchter ist als der übrige Boden, was dazu beiträgt, die Wurzeln vor dem Austrocknen zu schützen.

Die von den Wurzeln in der Nacht freigesetzten Exsudate ermöglichen die Expansion der Wurzeln im Boden. Wenn der Schweiß mit Tageslicht wieder aufgenommen wird, beginnen die Exsudate zu trocknen und haften an den Bodenteilchen in der Rhizosphäre. Wenn der Boden trocknet und sein hydraulisches Potenzial abnimmt, verlieren die Exsudate Wasser im Boden.

Referenzen

1. Berendsen, R. L., Pieterse, C. M. J., und Bakker, P. A. H. M. (2012). Das Rhizosphärenmikrobiom und die Pflanzengesundheit. Trends in der Pflanzenwissenschaft, 17(8), 478-486.
2. Bonkowski, M., Cheng, W., Griffiths, B. S., Alphei, J., und Scheu, S. (2000). Mikroben-Faunen-Wechselwirkungen in der Rhizosphäre und Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum. Europäische Zeitschrift für Bodenbiologie, 36(3-4), 135-147.
3. Brink, S. C. (2016). Entsperren der Geheimnisse der Rhizosphäre. Trends in der Pflanzenwissenschaft, 21(3), 169-170.
4. Deshmukh, P. & Shinde, S. (2016). Nützliche Rolle der Rhizosphäre Mykoflora im Bereich der Landwirtschaft: Ein Überblick. Internationales Journal für Wissenschaft und Forschung, 5(8), 529-533.
5. Mendes, R., Garbeva, P., und Raaijmakers, J. M. (2013). Das Rhizosphärenmikrobiom: Bedeutung von pflanzenfreundlichen, pflanzenpathogenen und humanpathogenen Mikroorganismen. FEMS Mikrobiologie Bewertungen, 37(5), 634-663.
6. Philippot, L., Raaijmakers, J. M., Lemanceau, P., und Van Der Putten, W. H. (2013). Zurück zu den Wurzeln: Die mikrobielle Ökologie der Rhizosphäre. Nature Reviews Mikrobiologie, 11(11), 789-799.
7. Prashar, P., Kapoor, N. & Sachdeva, S. (2014). Rhizosphäre: Ihre Struktur, bakterielle Vielfalt und Bedeutung. Bewertungen in Umweltwissenschaften und Biotechnologie, 13(1), 63-77.
8. Singh, B. K., Millard, P., Whiteley, A. S., und Murrell, J. C. (2004). Rhizosphäre-mikrobielle Interaktionen aufspüren: Chancen und Grenzen. Trends in der Mikrobiologie, 12(8), 386-393.
9. Venturi, V., & Keel, C. (2016). Signalisierung in der Rhizosphäre. Trends in der Pflanzenwissenschaft, 21(3), 187-198.
10. Walter, N. & Vega, O. (2007). Eine Übersicht über die positiven Auswirkungen von Rhizosphärenbakterien auf die Nährstoffverfügbarkeit und Nährstoffaufnahme von Pflanzen. Fac. Nal. Agr. Medellín, 60(1), 3621-3643.