Knöllchenbakterien?
Pflanzen, die mit Knöllchenbakterien eine Symbiose eingehen geven 12% ihrer ATP-Leistung an die Bakterien ab. Warum sind auf stickstoffreichen Böden keine Knöllchenbakterien vorzufinden?
4 Antworten
mir würden zwei Hypothesen einfallen. Einerseits ist die Fähigkeit Stickstoff mit Hilfe von Knöllchenbakterien zu fixieren, nur auf wenige Pflanzen beschränkt. So dass für sie die Fähigkeit auf stickstoffarmen Böden zu wachsen, eine ökologische Nische ist. Sie haben dort kaum Konkurrenz anderer, nicht zu Fixierung befähigter Arten, zu befürchten. Es kann also sein, dass die zwischenartliche Konkurrenz auf stickstoffreichen Böden für die fixierenden Arten ungünstig sein könnte und sie auf stickstoffarme Standorte ausweichen, wo sie sich ohne Konkurrenzdruck mit Hilfe der Wurzelknöllchen frei entfalten können.
Auf der anderen Seite gibt die Pflanze mit 12% immerhin ein Zehntel ihrer gewonnenen energiereichen Verbindungen an die Bakterien ab. Was auf stickstoffreichen Böden gar nicht notwendig wäre. Wenn die Pflanze die Möglichkeit hat, die Zahl der Knöllchenbakterien in sich zu regulieren, dann könnte sie, in Abhängigkeit des Stickstoffgehaltes des Bodens, die Knöllchenzahl rauf oder runterfahren. Sprich bei viel Stickstoff lässt sie einfach keine Bakterien mehr rein und lehnt die Symbiose ab.
Zweck der Symbiose mit Rhizobien ist ja, dass die Pflanze Stickstoff für ihr Wachstum benötigt (z. B. enthalten Proteine und DNA Stickstoff), den sie auf stickstoffarmen Böden aber nicht bekommt und aus molekularem Stickstoff aus der Luft auch nicht selbst herstellen kann - die Rhizobien aber schon. Im Gegenzug "bezahlt" die Pflanze ihre Rhizobien für den zur Verfügung gestellten Stickstoff mit einem Teil ihrer in der Photosynthese hergestellten energieliefernden Assimilate.
Auf stickstoffreichen Böden kann die Pflanze ihren Stickstoffbedarf selbst decken. Sie braucht deshalb keine Knöllchenbakterien, eine Zusammenarbeit mit Rhizobien wäre für die Pflanze sogar von Nachteil, weil sie ja davon nicht nur keinen Nutzen hätte, sondern auch noch etwas von ihren Assimilaten abgeben müsste.
Rhizobien leben nicht nur in Symbiose mit Pflanzen, sondern leben auch frei im Boden. Auf stickstoffarmen Böden sind sie gegenüber anderen Bakterien, die keinen Stickstoff fixieren können, im Vorteil. Auf stickstoffreichen Böden spielt diese Fähigkeit keine Rolle, weil Stickstoff kein limitierender Faktor ist. Hier sind andere Bakterienarten konkurrenzstärker.
Dankeschön :) Ich habe das auch so gedeutet wie in deinen zwei ersten Absätzen, jedoch haben wir im Unterricht besprochen, dass Pflanzen, die mit diesen Bakterien eine Symbiose eingehen, viel schneller wachsen und andere Pflanzenarten verdrängen würden, da sie dann konkurrenzstärker wären. Fand diese Deutung irgendwie unerwartet, weil ich dachte, dass man mit ATP argumentieren muss, sonst würde diese Information ja nicht gegeben sein.
jedoch haben wir im Unterricht besprochen, dass Pflanzen, die mit diesen Bakterien eine Symbiose eingehen, viel schneller wachsen und andere Pflanzenarten verdrängen würden
Auf stickstoffarmen Böden ist das ja auch so.
Sagt dir das Minimumgesetz etwas? Es besagt, dass diejenige Ressource, die am wenigsten vorhanden ist, zum das Wachstum begrenzenden Faktor wird. Auf stickstoffarmen Böden wird der Stickstoff zum limitierenden Faktor und nicht (mehr) die bloße zur Verfügung stehende Energiemenge (d. h. die ATP-Ausbeute). Man könnte hier die Photosyntheserate (und damit den ATP-Gewinn) beispielsweise verdoppeln oder verdreifachen, die Pflanze kann trotzdem nicht stärker wachsen, weil ihr der Stickstoff fehlt. Vergleichbar ist das mit einem Fass, dessen maximale Füllmenge von der jeweils kleinsten Daube abhängt (vgl. hierzu Minimumgesetz), eine Erhöhung der anderen Dauben erhöht dessen Füllmenge nicht. Auf stickstoffarmen Böden haben diejenigen Pflanzen, die in Symbiose mit Stickstofffixierern leben, mehr Stickstoff zur Verfügung und sind damit klar im Vorteil. Der Vorteil überwiegt hier auch den Verlust von 12 % ihrer ATP-Ausbeute, die Pflanzen können trotzdem stärker wachsen als die anderen Pflanzen. Wenn du dir in der Natur mal ein paar nährstoffarme Böden anschaust, werden deshalb Leguminosen wie Klee mit zu den Erstbesiedlern gehören.
Auf nährstoffreichen (stickstoffreichen) Böden ist Stickstoff hingegen kein limitierender Faktor, es gibt ja mehr als genug. Hier kann der mehr Wachstum vorweisen, der mehr ATP zur Verfügung hat und da sind die Pflanzen, die ihr ATP nicht teilen müssen, im Vorteil.
Pflanzen gehen Symbiosen mit Knöllchenbakterien ein, da diese ihnen Stickstoff liefern. Knöllchenbakterien binden Stickstoff aus der Luft und wandeln ihn in eine Form um, die die Pflanze nutzen kann, wie Ammonium. Dieser Prozess benötigt viel Energie in Form von ATP, die die Pflanze den Bakterien zur Verfügung stellt. Diese Investition ist nur dann sinnvoll, wenn Stickstoff im Boden knapp ist. In Böden, die bereits reich an Stickstoffverbindungen sind, kann die Pflanze genug Stickstoff direkt aus dem Boden aufnehmen, ohne die Hilfe der Bakterien.
Deine Behauptung ist meines Erachtens zu allgemein gehalten.
z.B. können Hülsenfrüchte durchaus auf Stickstoffreichen Böden gedeihen und damit würde man im Boden auch Knöllchenbakterien vorfinden.
Es macht aber keinen Sinn auf stickstoffreichen Böden Pflanzen mit Knöllchenbakterien anzubauen.
Ferner würden diese in der natürlichen Umwelt durch stickstoffhungrige Pflanzen verdrängt werden.
Die Frage bleibt - wieso ist das Feld Stickstoffreich.
Zu Zeiten der Dreifelderwirtschaft war es so, dass man Schwachzehrer wie Bohnen und co auf stickstoffarmen Feldern pflanzt Mittelzehrer und Starkzehrer auf die anderen und dann immer wechselte. Man musste dadurch weniger Düngen und hat weniger der Umwelt geschadet.
Die bekannten drei Schwester (Bohnen, Mais, Kürbis) der Imka ist der früheste Beweis in der die Stickstoffanreicherung der Böden durch Hülsenfrüchte genutzt wurde.
Meine Schwester (Doktor des Agrarwesens) hat ihre Doktorarbeit über Stickstofffixierung durch Bohnen in Brasilien zum Thema. Ziel war die Nährstoffarmen Böden in Brasilien fruchtbarer zu machen.
Das ist nicht meine Behauptung, sondern eine Aufgabe gewesen, die wir im Unterricht besprochen haben. Weitere Infos waren nicht gegeben
Ich habe es genauso gedeutet wie in deinem zweiten Absatz, haben es im Unterricht aber so gedeutet, wie es in deiner ersten Hypothese stand. Habe es jetzt endlich verstanden, Dankeschön!