Knöllchenbakterien

Knöllchenbakterien, wissenschaftlich als Rhizobien bezeichnet, sind eine Gruppe bodenlebender Bakterien, die bei Leguminosen Knöllchen an der Wurzel bilden und dort atmosphärischen Stickstoff fixieren. Sie gehören zu den Alphaproteobacteria (Ordnung Rhizobiales) und umfassen Genera wie Rhizobium, Sinorhizobium (Ensifer), Bradyrhizobium und Mesorhizobium. Die Rhizobien sind in vielerlei Hinsicht spezialisierte Symbionten, deren Fähigkeit zur Knöllchenbildung oft an die Art der Leguminose gebunden ist.

Der symbiotische Prozess beginnt, wenn Wurzelhaare der Pflanze Wurzelassoziierte Flavonoide freisetzen, die die Gene der Bakterien aktivieren. Dadurch werden Nod-Faktoren gebildet, die eine charakteristische Wurzelhaar-Curling-Reaktion auslösen und die Bildung eines Infektionsschlauchs ermöglichen. Über diesen Weg dringen die Bakterien in das Rinden- und Kortikalsgewebe der Wurzeln ein und führen zur Bildung von Knöllchen. Innerhalb der Knöllchen differenzieren sich die Bakterien zu Bakteroiden und führen die Stickstofffixierung durch.

In den Knöllchen wird Stickstoff (N2) durch das Enzym Nitrogenase zu Ammoniak reduziert, das anschließend in Ammonium überführt wird und der Pflanze für Aminosäuren, Nukleotide und andere Nährstoffe zur Verfügung steht. Leghemoglobin in den Knöllchen bindet Sauerstoff, um eine mikrobielle Stickstofffixierung unter kontrollierter, gering Sauerstoffkonzentration zu ermöglichen.

Bedeutung: Knöllchenbakterien liefern Leguminosen einen Großteil ihres pflanzenverfügbaren Stickstoffs und spielen eine zentrale Rolle im Stickstoffkreislauf. Sie werden kommerziell als Inokulants eingesetzt, um das Wachstum leguminosenhaltiger Kulturpflanzen zu verbessern und den Bedarf an synthetischen Düngemitteln zu verringern. Die Effektivität hängt von der Kompatibilität zwischen Bakterium und Wirtspflanze, Bodenbedingungen, pH-Wert und Umweltfaktoren ab.