Stickstoff bindende Bakterien

Stickstoff ist ein chemisches Element (Symbol: N). Er ist ein bedeutender Bestandteil im Eiweiß und damit lebenswichtig für alle Lebewesen. Als Pflanzennährstoff ist er ebenfalls unentbehrlich.

Stickstoff kommt in der Natur kaum atomar vor, sondern verbindet sich zu molekularem Stickstoff (N2), ein gasförmiger Stoff und Hauptbestandteil der Luft (78 %). Pflanzen können den Stickstoff aus der Luft aber nicht direkt nutzen. Dagegen sind einige Bakterien in der Lage, den molekularen Stickstoff aus der Luft zu binden. Dabei werden Stickstoffverbindungen gebildet, die löslich sind und so von Höheren Pflanzen genutzt werden können. Diese Bakterien, sog. Knöllchenbakterien (Rhizobien), haben sich an den Wurzeln von Schmetterlingsblütengewächsen oder Leguminosen (Hülsenfruchtartige, dazu gehören z. B. Erbse, Bohne, Lupine, die Sojabohne oder verschiedene Kleesorten) angesiedelt. Sie bilden mit den Wurzeln der Pflanzen eine Symbiose (Symbiose: Zusammenleben von zwei Organismen zum beiderseitigen Nutzen). Die Bakterien binden den Luftstickstoff und überführen ihn in lösliche Stickstoffverbindungen, die die Pflanze als Nährstoff nutzen kann.

Von den Pflanzen erhalten die Bakterien als „Gegenleistung“ Stoffe, die sie zum Leben benötigen, z. B. Wasser und organische Stoffe. Beim Absterben der frei lebenden Stickstoff bindenden Bakterien und beim Unterpflügen der mit ihnen in Symbiose lebenden Pflanzen bzw. deren Wurzeln, wird der Boden mit Stickstoff angereichert.

Diese Bakterien haben deshalb für den ökologischen Landbau eine große Bedeutung: Die Knöllchenbakterien der Schmetterlingsblütengewächse dringen in die Rindenzellen der Wurzeln ein und veranlassen dort Gewebswucherungen, die als Wurzelknöllchen bezeichnet werden. Die Wirtspflanze nutzt dann den aufbereiteten Stickstoff als Nährstoff und daher ist es Schmetterlingsblütlern möglich, auch auf ungedüngten, stickstoffarmen Böden zu gedeihen. Deshalb verwendet man Schmetterlingsblütler zur Gründüngung auf magerem Boden, indem man die oberirdischen Teile unterpflügt. So wird der Boden mit Nährstoffen angereichert.
Da Schmetterlingsblütler als Hülsenfruchtartige proteinreiche Samen bilden, sind sie von hohem wirtschaftlichen Nutzen für den Menschen, da bei der Ernte hochwertige Nahrungs- und Futtermittel abfallen. Sie werden daher bevorzugt als Pionierpflanzen für die Kultivierung von humusarmen Sand- oder Rohböden verwendet. Man geht davon aus das etwa 200 – 300 kg Luft-Stickstoff je Hektar und pro Jahr mit dieser Symbiose gebunden werden.

Knöllchenbakterien an den Wurzeln eines Schmetterlingsblütengewächs

Knöllchenbakterien an den Wurzeln eines Schmetterlingsblütengewächs

An der Umsetzung des Elements Stickstoff im Naturhaushalt, d. h. am Stickstoffkreislauf, sind viele Bakterien beteiligt:

  • Ammoniumoxidierer (Nitritbakterien) wandeln Ammonium in Nitrite um,
  • Nitritoxidierer (Nitratbakterien) wandeln Nitrite in Nitrate um und
  • denitrifizierende Bakterien wandeln Nitrate in Nitrite um.

Nicht zuletzt sorgen die bereits erwähnten Stickstoff bindenden Bakterien, die frei oder in einer Lebensgemeinschaft (Symbiose) mit Pflanzen leben, für die Umwandlung von Luftstickstoff in Nitrat. Schätzungen zur jährlichen Produktion von Stickstoffverbindungen durch Stickstoff bindende Organismen gehen weltweit von einer Menge von 180 Millionen Tonnen aus, während dagegen die weltweite Stickstoffdüngerproduktion bei schätzungsweise 50 Millionen Tonnen liegt.

Bakterien haben also eine große Bedeutung im Naturhaushalt. Durch ihre Lebensweise zersetzen sie abgestorbene Pflanzen und Tiere (Destruenten), bilden nährstoffreichen Humus und helfen u. a. auch mit, die verschmutzten Abwässer zu reinigen.

Beziehungen zwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten im Stickstoffkreislauf der Natur

Beziehungen zwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten im Stickstoffkreislauf der Natur

Stand: 2010
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