Rhizosphäre

Der Begriff Rhizosphäre wurde 1904 vom Bakteriologen Lorenz Hiltner geprägt und bezeichnet den unmittelbar durch eine lebende Wurzel beeinflussten Raum im Boden.

Illustration der Rhizosphäre:
A: bakteriophage Amöbe
BL: energielimitierte Bakterien
BU: nicht energielimitierte Bakterien
RC: wurzelabgeleiteter Kohlenstoff
SR: abgelöste Zellen der Rhizodermis
F: Pilz-Hyphen
N: Fadenwurm

Die Beeinflussungen können physikalischer, chemischer und biologischer Natur sein. Im Allgemeinen wird eine Zone bis 40 mm um die Wurzel als Rhizosphäre bezeichnet. Dieser Bereich ist bodenökologisch von besonderem Interesse, da hier Boden, Pflanzen und Lebewesen (insbesondere Mikroorganismen der Mikrofauna) interagieren.

Die Rhizosphäre wird stark durch Stoffe geprägt, die von der Pflanze abgegeben werden, sogenannte Exsudate. Sie unterscheidet sich außerdem vom umgebenden Boden durch geringere Nährstoff- und Sauerstoffkonzentrationen, da beides durch die Pflanze verbraucht wird. Auch der pH-Wert kann sich hier um mehrere Einheiten vom umgebenden Boden unterscheiden.

Insbesondere durch die abgegebenen Exsudate und die besseren pH-Wert-Bedingungen zeichnet sich die Rhizosphäre durch eine zumeist wesentlich höhere Organismen-Besatzdichte aus (5 bis 50-fach), dieses Phänomen wird als Rhizosphäreneffekt bezeichnet. Die Rhizosphäre ist ein wichtiger Lebensraum für unterschiedlichste Biozönosen, die vor allem aus Nematoden, Pilzen (u. a. Mykorrhiza) und anderen Mikroorganismen bestehen. Der höhere Organismenbesatz führt einerseits zu Konkurrenz zwischen Wurzel und Bodenorganismen, andererseits können diese aber auch zusätzliche Nährstoffe für die Pflanze verfügbar machen (z. B. Rhizobien oder andere Bioeffektoren).

Die Rhizosphäre schließt sich nahtlos an die Rhizoplane an. Rhizoplane und Rhizosphäre bilden gemeinsam die Boden-Wurzel-Grenzschicht (soil root interface).

„Ecological engineering“ der Rhizosphäre

Aufgrund der Wichtigkeit der Rhizosphäre für das Pflanzenwachstum und die Gesundheit der Pflanze versuchen Forscher, die Beziehung zwischen Boden, Pflanzenwurzeln und Mikroorganismen zugunsten der Pflanze zu verändern. Dies geschieht durch das nachhaltige und umweltschonende Engineering bzw. das Designen des Ökosystems Rhizosphäre durch den Menschen. Im Vordergrund steht, dass die eingeführten Änderungen keine Nebenwirkungen für das Ökosystem bewirken. So ist das Engineering der Rhizosphäre ein Beispiel von „Ecological engineering“. Mehrere Ansätze werden genutzt bzw. erforscht, um dadurch eine Pflanze umweltschonend zu fördern. Beispiele sind das Anspornen bzw. die Induzierung der pflanzlichen Immunantwort zum Schutz vor Krankheitserregern (Pathogene), die gezielte Veränderung und Steuerung der Wurzelarchitektur durch Bodenmikroorganismen oder die Feinregulierung des Rhizosphären-Mikrobioms, um unerwünschte Krankheitserreger im Boden gezielt zu unterdrücken. Dies geschieht durch ein sogenanntes „population engineering“. Wichtig ist auch, dass die Bakterien mit positiver Wirkung durch die von den Pflanzen ausgeschiedenen Exsudate angezogen werden und sich verstärkt ansiedeln. Man spricht von einem „trophischen Zusammenhang“ zwischen Wurzeln und Bakterien. Beim „Ecological engineering“ der Rhizosphäre stehen die Wechselwirkungen zwischen Boden, Mikroorganismen und Pflanze im Fokus, so dass die Rhizosphäre als ganzheitliches System betrachtet wird. Der entscheidende Begriff hierfür lautet „Holobiont“, eine Art Superorganismus, der eine Einheit von Pflanze und Mikrobiom beschreibt.

Literatur

• Peter A. H. M. Bakker, Roeland L. Berendsen, Rogier F. Doornbos, Paul C. A. Wintermans, Corné M. J. Pieterse: The rhizosphere revisited: root microbiomics. Review. In: Frontiers in Plant Science. Band 4, 30. Mai 2013, ISSN 1664-462X, doi:10.3389/fpls.2013.00165. 
• Eva Oburger, Hannes Schmidt: New Methods To Unravel Rhizosphere Processes. In: Trends in Plant Science. Band 21, Nr. 3, 1. März 2016, ISSN 1360-1385, S. 243–255, doi:10.1016/j.tplants.2015.12.005, PMID 26776474. 
• Vittorio Venturi, Christoph Keel: Signaling in the Rhizosphere. In: Trends in Plant Science. Band 21, Nr. 3, 1. März 2016, ISSN 1360-1385, S. 187–198, doi:10.1016/j.tplants.2016.01.005, PMID 26832945. 
• Catherine Masson-Boivin: Small is Plentiful. In: Trends in Plant Science. Band 21, Nr. 3, 1. März 2016, ISSN 1360-1385, S. 173–175, doi:10.1016/j.tplants.2016.01.010, PMID 26803727. 

Einzelnachweise

1. Bhoopander Giri, Pham Huong Giang, Rina Kumari, Ram Prasad, Ajit Varma: Microbial Diversity in Soils. In: François Buscot (Hrsg.): Microorganisms in Soils: Roles in Genesis and Functions (= Soil Biology). Band 3. Springer, Berlin, Heidelberg 2005, ISBN 3-540-22220-0, S. 19–55, doi:10.1007/3-540-26609-7_2. 
2. Olfs, 2006
3. Ulrich Gisi: Bodenökologie. 2. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1997, ISBN 3-13-747202-4, S. 205. 
4. Yves Dessaux, Catherine Grandclément, Denis Faure: Engineering the Rhizosphere. In: Trends in Plant Science. Band 21, Nr. 3, 1. März 2016, ISSN 1360-1385, S. 266–278, doi:10.1016/j.tplants.2016.01.002, PMID 26818718. 
5. Ecological Engineering Group, archiviert vom Original am 13. März 2019; abgerufen am 15. November 2020 (englisch). 
6. Ingenieurskunst für die Wurzeln – Engineering der Rhizosphäre soll Pflanzenwachstum unterstützen. In: pflanzenforschung.de. 11. Februar 2016, abgerufen am 15. November 2020.