Warum wächst Mais so gut?
Warum wächst Mais so gut?
Anonim

Reichliche Ernten von Mais und anderen Grundnahrungsmitteln hängen von einem mysteriösen Phänomen ab, das als Hybridkraft bekannt ist. Wenn Sorten mit hohem Inzuchtanteil gekreuzt werden, werden ihre Nachkommen größer, robuster und produzieren mehr Getreide. Die Forscher berichten nun, dass diese Energie irgendwie von Mikroben im Boden beeinflusst wird, möglicherweise durch das Immunsystem der Pflanze.

„Das ist eine wirklich interessante Entdeckung“, sagt Giles Oldroyd, ein Pflanzengenetiker an der University of Cambridge, der nicht an der Studie beteiligt war. "Ich bin überrascht, dass sie es bisher studiert haben."

Charles Darwin war einer der ersten Forscher, der die Lebensfähigkeit von Hybriden beschrieb. Im frühen 20. Jahrhundert begannen Biologen, diesen Effekt in der Landwirtschaft anzuwenden, indem sie Inzucht-Elternlinien schufen, die Hybridsaatgut produzieren. In den 1940er Jahren pflanzte fast jeder Landwirt in den Vereinigten Staaten Hybridmais an, und die Erträge waren gestiegen.

Genetiker haben mehrere Theorien über die Gründe für die Lebensfähigkeit der Hybriden aufgestellt, aber es gibt keine endgültige Erklärung.

Maggie Wagner, Pflanzengenetiker Lawrence der University of Kansas, und ihre Kollegen fragten sich, ob Mikroben daran beteiligt sein könnten. Winzige Organismen können einen großen Einfluss auf Pflanzen haben. Zum Beispiel werden die Blätter und Wurzeln oft von Gemeinschaften nützlicher Bakterien und Pilze besiedelt, die dazu beitragen, die Pflanze vor krankheitserregenden Mikroben zu schützen. Bestimmte Nutzpflanzen wie Sojabohnen und andere Hülsenfrüchte enthalten Mikroben, die sie mit Stickstoff versorgen, einem essentiellen Pflanzennährstoff, den die Landwirte ansonsten mit Dünger versorgen müssen.

Einen interessanten Hinweis fanden Wagner und seine Kollegen im vergangenen Jahr in einer Feldstudie. Sie fanden heraus, dass die Blätter und Wurzeln von Hybridmais andere mikrobielle Gemeinschaften aufweisen als die von Inzuchtmaissorten.

Als der Winter kam und die Felder brachlagen, versuchte Wagner die Entdeckung mit einem Laborexperiment zu reproduzieren. Die Forscher pflanzten die Samen in Beutel mit einer erdähnlichen Substanz, die sterilisiert wurde, um alle Keime abzutöten. Dann fügten sie eine einfache Gemeinschaft von Bodenbakterien hinzu – sieben Stämme, von denen bekannt ist, dass sie Maiswurzeln besiedeln – in einigen Beuteln, während andere steril blieben. Wenn Mikroben vorhanden waren, wuchsen die Hybriden erwartungsgemäß besser als die Inzuchtsorte, wobei die Wurzeln 20% mehr wogen. Zu ihrer Überraschung wuchsen jedoch Hybrid- und Inzuchtmaispflanzen in sterilem Boden in etwa gleich, berichten sie diesen Monat in den Proceedings of the National Academy of Sciences. Das Gewicht ihrer Wurzeln und Triebe war praktisch gleich.

Der Befund wurde bestätigt, als Wissenschaftler das Experiment wiederholten und einigen der sterilisierten Beutel eine vollständige Ergänzung von Bodenmikroben hinzufügten. „Die Ergebnisse sind überzeugend“, sagt Oldroyd.

Ausgabe? „Irgendetwas daran, ein Hybrid zu sein, führt dazu, dass die Pflanze anders mit Mikroben interagiert“, sagt Wagner. Basierend auf einigen der Ergebnisse glaubt das Team, dass Mikroben das Wachstum von Inzucht verlangsamen, anstatt ihnen einen großen Schub zu geben.

Es ist möglich, dass das Immunsystem von Inzucht auf gutartige Mikroben überreagiert, was ihr Wachstum gefährdet. (Das Experiment umfasste keine Krankheitserreger.) Alternativ können Hybridpflanzen sich besser gegen schwache Krankheitserreger im Boden verteidigen. „Wir haben viel Arbeit geplant, um diese Idee zu entwickeln“, sagt Wagner.

Laut Oldroyd unterstreichen die Ergebnisse die Notwendigkeit für Züchter, die Pflanzengenetik an die mikrobiellen Gemeinschaften anzupassen, mit denen sie leben. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung des Verständnisses der Rolle von Bodenmikroben bei der Verbesserung der landwirtschaftlichen Produktivität und Nachhaltigkeit, fügt Korne Peters, Pflanzenbiologin an der Universität Utrecht, hinzu. "Das ist vielversprechend."

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