Pflanzen geben Stoffwechselprodukte in den Boden ab, sogenannte Wurzelexsudate, und beeinflussen damit das Wachstum ihrer Nachbarn. Das Verständnis dieser Mechanismen ermöglicht es, neue Ansätze für die biologische Unkrautbekämpfung zu entwickeln, teilt Agroscope mit.
Pflanzenwurzeln haben die Fähigkeit, sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Sie können Wurzelexsudate in den Boden abgeben und damit das Wachstum benachbarter Pflanzen beeinflussen. Das Verständnis der dazugehörigen Mechanismen und deren Berücksichtigung in der biologischen Unkrautbekämpfung auf dem Feld seien ein vielversprechender Ansatz, um den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln, insbesondere Herbiziden und die Bodenbearbeitung zu reduzieren. Die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen im Boden seien noch weitgehend unbekannt. Ein Team von Wissenschaftlern von Agroscope hat diese im Rahmen einer Studie zu Buchweizen untersucht.
Die Forschenden wollten herausfinden, wie Buchweizen seine Nachbarn über die Wurzeln wahrnimmt und welche Zusammensetzung die Wurzelexsudate haben, die diese Pflanze in den Boden abgibt. Außerdem wurde untersucht, ob es sich um eine allgemeine Reaktion auf die Anwesenheit von Nachbarpflanzen handelt oder ob die Zusammensetzung der Exsudate je nach Art der getesteten Nachbarpflanze variiert. Zudem wurde die Wirkung der Wurzelexsudate von Buchweizen auf die Wurzeln des Unkrauts zurückgebogener Amarant (Amaranthus retroflexus) untersucht.
Für das Sammeln und Analysieren von Wurzelexsudaten entwickelten die Wissenschaftler ein neues System: eine Analysemethode mittels Ultrahochleistungs-Flüssigkeitschromatographie in Verbindung mit hochauflösender Massenspektrometrie sowie einen biologischen Test, mit dem der Effekt der Wurzelexsudate auf Amarant getestet werden kann. Die Studie zeigte, dass sich die Zusammensetzung der Wurzelexsudate von Buchweizen in Gegenwart einer benachbarten Pflanze wie Amarant oder einer anderen Buchweizenpflanze veränderte. Wenn die Pflanzen in direkter Konkurrenz zueinander standen, d.h. direkten Wurzelkontakt hatten, wurden auch Veränderungen im Wurzelwachstum von Buchweizen und Amarant beobachtet und charakterisiert.
Um den Effekt ohne direkte Konkurrenz zu testen, wurden in einem weiteren Schritt Wurzelexsudate von Buchweizen, der ohne Nachbarn oder mit Amarant als Nachbar gewachsen war, gesammelt. Anschließend wurden Amarant-Pflanzen mit diesen Wurzelexsudaten behandelt. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass das Wurzelwachstum von Amarant nur durch die Wurzelexsudate von Buchweizen, der mit Amarant als Nachbar gewachsen war, beeinflusst wurden. Daraus kann man schlussfolgern, dass die veränderte Zusammensetzung der Wurzelexsudate von Buchweizen und deren Effekt auf die Wurzelarchitektur von Amarant durch die Präsenz von Amarant induziert wurde.
Indem ein direkter Zusammenhang zwischen physischer Anwesenheit, chemischen Signalen und morphologischen Veränderungen aufgezeigt wurde, weisen diese Ergebnisse auf die Bedeutung von Wurzelexsudaten bei der biologischen Unkrautbekämpfung hin. Sie ermöglichen es zu verstehen, wie Pflanzen die Zusammensetzung ihrer Wurzelexsudate in Anwesenheit von Nachbarn verändern und wie sich die benachbarten Wurzelsysteme gegenseitig beeinflussen. Zukünftige Forschungsarbeiten könnten sich auf die Identifizierung von chemischen Verbindungen in Wurzelexsudaten konzentrieren, die das Wurzelwachstum von Unkräutern negativ beeinflussen. Dadurch könnte die Entwicklung neuer Bekämpfungsstrategien ermöglicht werden.
