„Mikrobe" ist die Kurzform von „Mikroorganismus" und bezeichnet mikroskopisch kleine Lebewesen, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Dazu zählen Bakterien, mikroskopisch kleine Pilze, Algen und Protozoen (tierische Einzeller). Viren werden meist nicht zu den Mikroben gezählt, da sie keine eigenständigen Lebewesen sind. Mikroben sind meist kleiner als 0,1 Millimeter. Erst das Mikroskop macht ihre faszinierende Welt sichtbar. Und sie sind überall: in Böden und Gewässern, in der Luft, auf Pflanzen und Tieren sowie im menschlichen Körper. Mikroben übernehmen zentrale Funktionen in Ökosystemen und Stoffkreisläufen und beeinflussen unter anderem die Gesundheit von Mensch, Tier und Pflanze.

Für Pflanzen können Mikroben sowohl nützlich als auch schädlich sein: Sie fördern beispielsweise das Wachstum und die Nährstoffversorgung, können aber auch Krankheiten verursachen. In dieser Ausstellung zeigen wir beispielhaft zwei vorteilhafte und zwei schädliche Wechselbeziehungen zwischen Pflanzen und Mikroben.

Pflanzenkrankheiten: Wenn Mikroben krank machen. Pflanzenkrankheiten, die durch Mikroorganismen verursacht werden, können Wachstum und Ertrag stark beeinträchtigen und zu Ernteausfällen führen. Typische Symptome sind Blattvergilbung, Welke, Nekrosen oder Fruchtfäule, die ganze Bestände schädigen können. Pilze und Bakterien zählen zu den wichtigsten Erregern. Zwei Beispiele dafür sind Echte Mehltaupilze wie Blumeria hordei, die viele Kulturpflanzen schwächen (mehr bei Station 2a), und Bakterien wie Pseudomonas syringae, die in das Pflanzengewebe eindringen und Abwehrreaktionen auslösen (mehr bei Station 6).

Auch Pflanzen besitzen ein Immunsystem, das sie vor Krankheitserregern schützt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen derzeit, wie Pflanzen Erreger erkennen, sich verteidigen und gezielt geschützt werden können. Ziel ist es, widerstandsfähigere Sorten zu entwickeln und den Pflanzenschutz nachhaltiger zu gestalten. Durch resistente Pflanzen und präzisere Schutzmaßnahmen lässt sich der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln und synthetischen Düngern verringern, was Böden, Gewässer und Biodiversität schont.

Pflanzenernährung: Erträge verbessern mithilfe von Mikroben. Pflanzenernährung beschreibt, wie Pflanzen Nährstoffe aufnehmen und nutzen, um zu wachsen, sich zu entwickeln und Früchte zu bilden. Anders als Menschen oder Tiere „essen" Pflanzen nicht: Sie erzeugen ihre Energie selbst durch Photosynthese aus Licht, Wasser und Kohlendioxid. Zusätzlich nehmen sie über ihre Wurzeln essenzielle Mineralstoffe wie Stickstoff, Phosphor, Kalium, Magnesium und Spurenelemente aus dem Boden auf. Übermäßiger Düngereinsatz kann Böden schädigen, Gewässer belasten und das Klima beeinträchtigen.

Der Begriff „Symbiose" bezeichnet eine enge Wechselbeziehung zwischen Organismen verschiedener Arten: Sie kann für beide Partner vorteilhaft (mutualistisch), nur für einen nützlich oder sogar für einen Partner schädlich sein. Mutualistische Symbiosen mit Mikroben können die Pflanzenernährung verbessern, indem sie Nährstoffe verfügbarer machen und die Aufnahme erleichtern. Beispiele dafür sind die arbuskuläre Mykorrhiza-Symbiose mit winzigen Pilzen (mehr bei Station 2b) und die Wurzelknöllchen-Symbiose mit stickstofffixierenden Bakterien (mehr bei Station 3b). So können Erträge steigen, während weniger Mineraldünger benötigt wird.

„Mikrobe" ist die Kurzform von „Mikroorganismus" und bezeichnet mikroskopisch kleine Lebewesen, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Dazu zählen Bakterien, mikroskopisch kleine Pilze, Algen und Protozoen. Viren werden meist nicht dazugerechnet, weil sie keine eigenständigen Lebewesen sind. Mikroben sind in der Regel kleiner als 0,1 Millimeter und kommen in Böden und Gewässern, in der Luft, auf Pflanzen und Tieren sowie im menschlichen Körper vor.

Die Gesamtheit der Mikroorganismen eines Lebensraums samt ihrer Stoffwechselprodukte und Umgebungsbedingungen wird als Mikrobiom bezeichnet. Bei Pflanzen unterscheidet man nach dem Ort der Besiedlung: die Phyllosphäre auf oberirdischen Oberflächen, die Rhizosphäre im Wurzelraum und die Endosphäre im Inneren des Gewebes. Mikroben, die Pflanzengewebe besiedeln, ohne Krankheitszeichen hervorzurufen, heißen Endophyten.

Ob eine Mikrobe einer Pflanze nützt oder schadet, ist keine feste Eigenschaft der Art. Für die Entstehung einer Krankheit müssen nach dem Modell des Krankheitsdreiecks drei Bedingungen zusammentreffen: eine anfällige Wirtspflanze, ein virulenter mikrobieller Stamm und Umweltbedingungen, unter denen sich die Krankheit entwickeln kann. Stämme derselben Art können sich je nach Wirt und Umgebung unterschiedlich verhalten; für Pseudomonas syringae und Fusarium oxysporum ist eine solche Bandbreite beschrieben.

Welche molekularen Voraussetzungen darüber entscheiden, ob eine Besiedlung für die Pflanze vorteilhaft oder schädlich ausfällt, ist bislang nicht geklärt. Genau daran arbeitet die Pflanzen-Mikroben-Forschung. Diese Ausstellung zeigt dazu vier Beispiele: zwei schädliche Wechselbeziehungen an den Stationen 2a und 3a und zwei vorteilhafte an den Stationen 2b und 3b.