Ausgangsmaterial und Landnutzungsintensität als Einflussfaktoren für die Nischenkomplementarität bei der Phosphormobilisierung zwischen Pflanzen und Mikroorganismen
Phosphor ist ein essenzieller Makronährstoff, der eine zentrale Rolle in den Zellprozessen von Pflanzen und Mikroorganismen spielt. In Böden ist die Verfügbarkeit von Phosphor jedoch durch die pH-abhängige Löslichkeit phosphorhaltiger Minerale sowie durch Sorption an geladenen Oberflächen begrenzt. Der zusätzliche Eintrag von Phosphor wird zudem durch die Intensität der Landnutzung beeinflusst. Folglich müssen Pflanzen und Mikroorganismen alternative und konkurrierende Strategien zur Mobilisierung von Phosphor entwickeln, beispielsweise das Recycling aus organisch gebundenem Phosphor sowie die Aufnahme aus phosphorhaltigen Mineralen. Diese Strategien sind insbesondere in Grünlandökosystemen von Bedeutung, da dort ein Großteil des Phosphors in organischer Form vorliegt und anschließend durch Mahd und Beweidung entfernt wird. Bislang fehlt jedoch ein detailliertes mechanistisches Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, Mikroorganismen und Boden bei der Phosphormobilisierung.
Das Projekt „P-Niche“ konzentriert sich auf die Mobilisierung von Phosphor durch Mikroorganismen und Pflanzen in Grünlandökosystemen und untersucht, wie diese Interaktionen durch die Intensität der Landnutzung sowie durch Bodeneigenschaften beeinflusst werden. Ziel ist es, ein mechanistisches Verständnis der Dynamik und der Steuerungsfaktoren der Phosphormobilisierung im Boden-Pflanze-Mikroorganismen-Kontinuum zu entwickeln. Dabei sollen zentrale mikrobielle Taxa identifiziert und ihre funktionelle Redundanz in den Rhizosphären von Lolium perenne sowie im umgebenden Boden untersucht werden. Darüber hinaus wird analysiert, in welchem Ausmaß das funktionelle Potenzial des Bodenmikrobioms tatsächlich in aktive Phosphormobilisierung umgesetzt wird.
H1: Es besteht entlang eines Gradienten von hoher zu niedriger Landnutzungsintensität (LUI) ein Übergang von Strategien der Phosphoraufnahme hin zu Strategien des Phosphorrecyclings, der in Regionen mit geringem natürlichem Phosphorgehalt stärker ausgeprägt ist.
H2: Eine Extensivierung der Landnutzung fördert Strategien des Phosphorrecyclings sowie Mikrobiota mit vielseitigeren Mechanismen der Phosphormobilisierung.
H3: Pflanzen sind bei extensiver Landnutzung stärker auf Strategien der Phosphorakquisition angewiesen, während Bodenmikroorganismen verstärkt Strategien des Phosphorrecyclings einsetzen, insbesondere an Standorten mit generell niedrigen Phosphorvorräten. An Standorten mit hohen Phosphorvorräten können hingegen additive Effekte von Pflanzen und Bodenmikroorganismen auftreten.
H4: Während der Winterperiode akkumuliert Phosphor in der mikrobiellen Biomasse; unter geringer Landnutzungsintensität ist diese Akkumulation jedoch reduziert, da Mikroorganismen alternative phosphorfreie Speicherverbindungen nutzen.
Das Projekt kombiniert Freilandstudien, molekulare Analysen sowie kontrollierte Laborexperimente. Hierfür werden experimentelle Grünlandflächen sowie Flächen des LUX-Experiments genutzt, auf denen die Düngung eingestellt wurde. Mithilfe von Short- und Long-Read-metagenomischen Ansätzen werden mikrobielle Gemeinschaften und deren funktionelle Eigenschaften in der Rhizosphäre von Lolium perenne sowie im umgebenden Boden charakterisiert. Die Probenahme erfolgt saisonal im Frühjahr, Sommer, Herbst und Winter. Ergänzend werden anorganische und organische Phosphorfraktionen, der Phosphorgehalt der mikrobiellen Biomasse sowie Enzymaktivitäten im Boden bestimmt. Darüber hinaus werden Mesokosmenexperimente mit Bodenmaterial aus den Freilandflächen und Lolium perenne etabliert. Unter Einsatz von Isotopenmarkern (³³P in Apatit, ¹³C in Pflanzenstreu) wird die Mobilisierung von Phosphor aus anorganischen und organischen Quellen durch Pflanzen und Bodenmikroorganismen verfolgt. Ergänzend erfolgen metatranskriptomische Analysen der Pflanzen sowie des Mikrobioms.
Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen
