Impact of the plant growth-promoting rhizobacterium Raoultella terrigena TFi08N on plant growth and root architecture

Abstract

Der Einsatz von mineralischen Düngemitteln in der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion ist sehr energieaufwendig und verursacht Stickstoffverluste aus Agrarökosysteme. Eine Möglichkeit dieses Problem zu mindern, ist die Verwendung von Biofertilizern, die pflanzenwachstumsfördernde Rhizosphärenbakterien (PGPR) enthalten, zu einer verbesserten Nährstoffaufnahme führen können und damit beitragen, mineralische Düngemittel einzusparen. Dies erfordert jedoch eine verlässliche Methode Wachstumsstimulationen invitro zu untersuchen, um die Mechanismen, die hinter der Pflanzenwachstumsförderung stehen, aufzuklären. Das Ziel dieser Arbeit war es, ein in-vitro Pflanzenkultivierungssystem zu etablieren, welches erlaubt neu isolierte Rhizobakterien auf ihre Pflanzenwachstumsförderung zu untersuchen und Mechanismen zu charakterisieren, die für die Pflanzenwachstumsförderung verantwortlich sind. Neben zahlreichen Rhizobakterien, die im Rahmen des EU-RHIBAC Projektes isoliert worden sind ist Raoultella terrigena TFi08N ein Bodenbakterium welches im Rahmen des EU-Micro-N-Fix Projektes isoliert worden ist und bisher nicht als PGPR charakterisiert wurde. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden verschiedene Bakterienstämme hinsichtlich ihrer Pflanzenwachstumsförderung untersucht. Eine deutlich erhöhte Trockenmasseproduktion von Spross und Wurzel wurde für Pflanzen gefunden, die mit Raoultella terrigena TFi08N, Azospirillum brasilense SP245, Bacillus megaterium M3 oder Bacillus subtilis OSU142 inokuliert worden sind. Dies war nicht der Fall bei Inokulation mit Pseudomonas fluorescens C139. Da die Inokulation mit Raoultella terrigena TFi08N eine starke Pflanzenwachstumsförderung aufwies und da dieser Stamm ein bisher wenig charakterisiert ist, wurden an ihm Mechanismen untersucht, die für die Pflanzenwachstumsförderung verantwortlich sein könnten. Hinweise auf eine kompensierende Änderung des Rhizosphären pH-Wertes, eine Nitrifikation von angebotenem Ammonium oder eine Abgabe von wachstumsfördernden volatilen Substanzen durch Raoultella wurden nicht gefunden. Im Hinblick auf die genetische Konstitution von Arabidopsis wurde beobachtet, dass vier untersuchte Akzessionslinien unterschiedlich auf die Inokulation mit Raoultella reagierten und dass die Expression der Plasmamembran H+-ATPase AHA2 in der Wurzel für die Wachstumsstimulation benötigt wird. Da Raoultella in der Lage ist Auxin zu produzieren, könnte die Stimulation des Pflanzenwachstums auf ein Auxin-induziertes vergrössertes Lateralwurzelwachstums und eine Auxin-stimulierte Protonenabgabe an der Wurzelplasmamembran zurückzuführen gewesen sein, welche die Nährstoffaufnahme und das Wurzellängenwachstum verbessern. Dies wird durch die Beobachtung unterstützt, dass Raoultella auch das Pflanzenwachstum unter P-Mangel verbesserte. Obwohl in dieser Arbeit der Mechanismus, der für die Förderung des Pflanzenwachstums verantwortlich ist, noch nicht vollständig geklärt werden konnte, trägt diese Arbeit dazu bei, Mechanismen, die bei förderlichen Assoziationen zwischen Pflanzen und Bakterien wirken können, besser zu verstehen.