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Fürstenberg

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Eileen / Biologie

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Mykorrhiza

Einleitung

Pilze im Wald kennt jeder, aber weshalb Pilze vorwiegend im Wald wachsen und welche Funktionen sie dort erfüllen, ist den wenigsten bekannt.

Streu- und holzabbauende Pilze helfen mit, Blätter, Nadeln und Holz abzubauen und deren Inhaltsstoffe wieder in den Nährstoffkreislauf zurückzuführen.

Ebenso wichtig für das Ökosystem Wald sind diejenigen Pilze, die mit Waldbäumen in einer engen Lebensgemeinschaft (einer Symbiose) leben, die sogenannten Mykorrhizapilze.

Diese Symbiose dient beiden Partnern – dem Baum wie dem Pilz

Symbiose: Zusammenleben von Organismen verschiedener Art zum meist beiderseitigen Vorteil

Bau und Allgemeines

  • als Mykorrhiza bezeichnet man eine Form der Symbiose von Pilzen und Pflanzen
  • der Begriff "Mykorrhiza" bedeutet soviel wie "Pilz-Wurzel" oder "verpilzte Wurzel"
  • eine Mykorrhiza ist eine Wurzel, die von einem Mykorrhizapilz besiedelt ist
  • der Pilz hüllt die äußersten, feinsten Wurzeln mit einem dichten Fadengeflecht (sog. Mycel) ein und bildet einen Pilzmantel
  • etwa 1/3 der in unseren Wäldern wachsenden Großpilze sind Mykorrhizapilze
  • viele Mykorrhizapilze sind wirtspezifisch, d.h. sie sind an ganz bestimmte Baumarten gebunden
  • so gibt es auch Arten, die ausschließlich in Laubwäldern und Nadelwäldern wachsen
  • im Wurzelwerk eines Baumes leben in der Regel mehrere verschiedene Mykorrhizapilze nebeneinander
  • in Mitteleuropa sind die Wurzeln der Bäume durchweg mit Mykorrhizen besetzt

Funktion

Austausch von Nährstoffen

  • im Vordergrund steht bei der Mykorrhiza immer der Austausch von Nährstoffen, denn sie ist ein Organ, in dem Stoffe zwischen Baum und Pilz ausgetauscht werden
  • die Pflanze bietet dem Pilz innerhalb ihrer Wurzel einen geschützten Lebensraum mit gleichbleibenden biologisch-chemischen Bedingungen
  • der Pilz erhöht in vielen Fällen die Widerstandskraft der Pflanzen gegenüber Stresssituationen, vor allem gegenüber Krankheitserregern
  • darüber hinaus verbessert er die Struktur der besiedelten Böden
  • die Pflanze verfügt durch die Photosynthese über ein beinahe unerschöpfliches Reservoir an Energie
  • diese Energie speichert sie in Form von Kohlenhydraten (Zucker)
  • einen gewissen Teil davon stellt sie dem Pilz zur Verfügung.
  • als Gegenleistung erhält sie mineralische Nährstoffe, insbesondere Phosphat und Nitrat, die der Pilz mit den feinen Pilzfäden aus den kleinsten Bodenporen aufgenommen hat.
  • die Durchdringung des Bodens durch die Pilzfäden ist um ein Vielfaches intensiver als durch die Wurzelhaare.
  • Mykorrhizapilze liefern der Pflanze demzufolge Nährsalze, Wasser und Stickstoff
  • somit wird häufig die Wasser-, Stickstoff- und Phosphatversorgung der Pflanzen verbessert
  • für den Austausch der Stoffe zwischen Pilz und Baum bedarf es einer speziellen Austauschzone, des sogenannten Hartig'schen Netzes (nach dem deutschen Forstbotaniker T. Hartig benannt)
  • dieses Netz besteht aus einem dichten Pilzgewebe, welches sich zwischen den Rindenzellen der Feinwurzeln installiert und so einen engen Kontakt zwischen den beiden Partnern gewährleistet.

Schutzfunktion

  • vor giftigen Effekten von Schadstoffen
    • Pilze halten Schwermetalle zurück, die der Baum sonst aufnehmen würde
    • Diese Eigenschaft kommt einer Filterfunktion gleich
  • erhöht die Trockenresistenz von Pflanzen, was vor allem an extremen Standorten von Vorteil ist
  • schützt die Pflanze vor parasitischen Pilzen

Erhöhte Toleranz gegenüber verschiedenen Stressfaktoren

  • Bäume sind somit weniger anfällig gegenüber Frost und erhalten eine erhöhte Abwehrkraft gegen krankheitserregende Bodenorganismen
  • zum optimalen Wachstum sind viele Pflanzenarten auf spezifische Mykorrhizapilze angewiesen, somit fördern sie das Pflanzenwachstum

Formen der Mykorrhizen

Aufgrund spezifischer Eigenschaften werden die Mykorrhizen in verschiedene Gruppen eingeteilt

Ektomykorrhiza

  • Pilz dringt nicht in die einzelnen Rindenzellen ein, sondern verbleibt in den Bereichen zwischen den Zellen der Wurzelrinde und umspinnt die Wurzel mit einem dichten Hyphennetz
  • Ektomykorrhizen umschließt ein Hyphen-Geflecht, auch als Pilzmantel bezeichnet
  • in den Wurzeln dringen die Pilzhyphen interzellulär meist nur in das äußere Rindengewebe ein, wo ein charakteristisches Hyphengeflecht (Hartigsches Netz) entsteht
  • die auffälligen Strukturen sind an Kurzwurzeln von Bäumen, bei Nadelbäumen (zum Beispiel Fichte, Kiefer, Lärche) und Laubbäumen (zum Beispiel Birke, Buche, Eiche) oft mit bloßem Auge sichtbar
  • die Hyphen des Pilzes reichen weit in die Bodenmatrix hinein, sodass eine gute und umfangreiche Nährstoff- und Wasseraufnahme sichergestellt ist
  • Pilze versorgen Pflanzen nicht nur mit Phosphat, sondern auch mit verschiedenen Stickstoffverbindungen, die sie aktiv aus org. Material im Boden freisetzen
  • demzufolge gedeiht die Symbiose an Standorten mit nur teilweise abgebautem org. Material- die Ektomykorrhiza ist die Symbiose unserer Wälder

Endomykorrhiza

  • Das Ausmaß der Symbiose ist bei einer Endomykorrhiza noch etwas stärker als bei einer Ektomykorrhiza
  • Endomykorrhiza bildet zwar keinen Mycelmantel, welcher die Feinwurzeln umgibt, aber der Pilz dringt tief in die Wurzelrinde ein und wächst sowohl extra- als auch intrazellulär im inneren Rindengewebe
  • Dabei dringen die Hyphenspitzen unter Verwendung zellwanddegradierender Enzyme in die Wurzelzellen ein und können Nährstoffe absorbieren

Arbuskuläre Mykorrhiza

  • entstehen innerhalb der Rindenzellen Arbuskel
  • Pilzstrukturen innerhalb pflanzlicher Wurzelzellen, die dem Austausch von Nährstoffen dienen

Gemeinsamkeit aller:

  • Pilzhyphen durchziehen den Boden und Nährstoffe werden zu den Pflanzen transportiert
  • die Pilz- und Pflanzenzellen bleiben immer voneinander getrennt, selbst wenn der Pilz in einzelne Pflanzenzellen hineinwächst
  • zwischen dem Zellplasma des Pilzes und der Pflanze verbleiben immer zwei Membranen
  • die Membranen besitzen spezielle Kanäle, die den Transport verschiedener Stoffe kontrollieren
  • die beiden Membranen von Pilz und Pflanze sind außerdem noch durch eine Schicht extrazellulärer Matrix getrennt
  • sie ist besonders dünn und durchlässig
  • die zu transportierenden Stoffe überwinden diese Schicht leicht mittels Diffusion

Ökologische Bedeutung:

  • Mykorrhiza hat in natürlichen Ökosystemen, sowie in der Landschaft eine sehr große Bedeutung
  • durch sie können Pflanzen auch an Standorten gedeihen, die für sie ohne die Unterstützung der Pilze nicht zu erschließen wäre
  • dadurch, dass sich die Pilzmycelien über sehr große Flächen ausbreiten können, wird das Angebot an Nährstoffen am jeweiligen Standort sehr viel besser ausgenutzt, was den Pflanzen allein durch ihre eigenen Wurzeln nicht möglich wäre
  • Schutz vor Parsieten
  • die Pilzhyphen verbesser die Bodenstruktur
  • Verwendung bei Wiederaufforstungsmaßnahmen und zur Rekultivierung
  • somit sind die Mykorrhizapilze entscheidend für das ökologische Bild unserer Umgebung

Rhizobium

Allgemeines und Bau

  • Knöllchenbakterien
  • nach Infektion mit den Bakterien bilden sich 1–3 mm große Knöllchen an den Wurzeln, worin die Knöllchenbakterien leben
  • kleine, kugelförmige Wucherungen an Wurzeln
  • meistens zu finden an Hülsenfrüchten oder auch Schmetterlingsblütler z.B. Erbse, Bohne, Linse, Soja, Lupine, Klee
  • auch freilebend im Boden
  • leistungsfähige Symbiose aber nur im Zusammenspiel mit Pflanzen möglich
  • besondere Fähigkeit der Knöllchenbakterien=> Bindung von Stickstoff aus der Luft
  • Stickstoff ist für alle Organismen ein lebenswichtiges Element
  • Pflanzen decken ihren Bedarf in der Regel durch die Verwertung von anorg. Stickstoffsalzen (Nitraten)
  • Nitratgehalt im Boden und in den Gewässern ist jedoch schnell erschöpft, sodass die Stickstoffversorgung ein begrenzter Faktor ist
  • Knöllchenbakterien stehen das große Stickstoffreservoir der Atmosphäre zur Verfügung

Vorgang der Stickstoffbindung

  • Rhizobien gelangt über die Wurzelhaare in die Wirtspflanze mit der sie eine Symbiose eingeht
  • in den Zellen vergrößern sie sich und verändern ihre Form, sie werden zu Bacteroiden
  • die Pflanzen reagieren mit der Bildung von Knöllchen auf die Infektion
  • in den Zellen des Knöllchengewebe vermehren sich die Bakterien durch Zweiteilung
  • Bacteroid ist umschlossen von einer Hüllmembran
  • die Hülle trennt die Endosymbionten (die eingedrungenen Bakterien) vom Cytoplasma der Wirtspflanze
  • der Raum zwischen Bacteroid und Hüllmembran ist mit Leghämoglobin gefüllt (= ähnlich wie menschliches Blut) und somit ist das Knöllchengewebe rötlich

 

Rhizobium

1. im Knöllchengewebe sind viele Zwischenräume zur guten Durchlüftung

2. das Gewebe besitzt das Enzym Nitrogenase welches als Katalysator für die die Reduktion des Stickstoffs zum 3. Ammonium-Ion dient

4. Vorgang der Stickstoffbindung sehr energieaufwändig

5. benötigte Energie gewinnen die Bacteroide durch die Veratmung von Fotosynthesprodukten, die der Wirtspflanze anliefert

für die Veratmung ist die Sauerstoffversorgung als Ausgangsstoff sehr wichtig

deswegen weist das Knöllchengewebe viele Zwischenräume für die gute Durchlüftung auf

6. außerdem nimmt man an, dass die Zwischenschicht Leghämoglobin den Sauerstofffluss beschleunigt

Leghämoglobin schützt das Enzym Nitrogenase (stickstoffbindend) vor freiem Sauerstoff, weil es den Sauerstoff in gebundener Form weiterleitet und nicht in freier Form

7. Stickstoffverbindungen werden an die Wirtspflanze abgegeben

Ökologische Bedeutung

  • Stickstoff ist für alle Pflanzen lebensnotwendig
  • Nitratgehalt im Boden und Wasser ist schnell verbraucht und das Pflanzenwachstum würde begrenzt werden
  • Gesetz des Minimums – Stickstoff kann durch kein anderes Element ersetzt werden
  • durch Bildung von Knöllchenbakterien bekommen die Pflanzen den für das Wachstum benötigten Stickstoff
  • iPflanzen können somit auch an stickstoffarmen Standorten leben
  • in Landwirtschaft: Verwendung von Gründüngung
  • oberirdischer Boden wird untergepflügt und das führt zu einer Stickstoffanreicherung im Boden
letzte Aktualisierung 19. März 2008