Wirkprinzipien

1. Einfluss der Membraneffektoren auf Mischbiozösen

Symbiosen zwischen Mikroorganismen und höheren Lebewesen sind unerlässlich für jedes gut funktionierende System. Ein Beispiel hierfür ist die Darmflora. Doch nicht nur der Darm ist von diversen Bakterien besiedelt. Das gesamte Microbiom eines Menschen wiegt etwa ein bis zwei Kilogramm und macht 50% der Zellen im menschlichen Körper aus. Kommt das Microbiom aus dem Gleichgewicht, stellen sich eine Vielzahl von Erkrankungen ein, wie z.B. Depressionen oder Übergewicht.

Nicht nur der Mensch ist auf eine funktionierende Symbiose mit Bakterien angewiesen. Auch Pflanzen leben in komplexen Gemeinschaften mit Bakterien und Pilzen. Diese mikrobiellen Mischbiozösen sind essentiell für das Pflanzenwachstum. Dabei stehen die verschiedenen Arten in diversen Beziehungen zueinander, welche für das individuelle Gleichgewicht jeder Gemeinschaft verantwortlich sind. (Abbildung 1).

Abbildung 1: Mikrobielle Lebensgemeinschaften im Gleichgewicht

Genau an diesem Punkt setzen unsere Biostimulatoren an. Sie überführen Mischbiozösen gezielt in die gewünschte Zusammensetzung, indem sie das Wachstum einzelner Spezies fördern.

2. Veränderung der Nährstoffdynamik durch Biostimulatoren

Natürliche Oberböden (Mutterböden) enthalten eine sehr große Zahl an Bakterien, Pilzen und Strahlenpilzen (Mikroorganismen), die neben Einzellern, Nematoden, Springschwänzen, Insekten, Insektenlarven, Schnecken und Regenwürmern (bis zu 4.000 kg/ha) für den Stoffumsatz in Böden von erheblicher Bedeutung sind.

Die Nahrung der Mikroorganismen ist der sogenannte Nährhumus, der durch mikrobielle Tätigkeit aus organischen Massen entsteht. Mikroorganismen spielen durch Ausscheidung von Schleimstoffen eine wichtige Rolle in Böden. Schleimstoffe verkleben die Böden zu Krümeln (Bodengare). Gleichzeitig puffern Schleimstoffe Säuren und Laugen im Boden ab. Bei sehr bindigen Böden sorgt die Gare dafür, dass der Boden beim Austrocknen nicht mehr in Schollen bricht und bei Druckbelastung wieder elastisch in die ursprüngliche Form zurückgeht, so dass Verdichtungen vermieden werden. Bei sehr lockeren, sandigen Böden erhöht sich die Wasserspeicherkapazität und Schleimstoffe puffern die Wirkung von Schadstoffen und Salzen ab.

Bei krümeligen Böden liegt ein günstiges Verhältnis von Grob- und Feinporen vor. Das bei der Atmung von Mikroorganismen und Wurzeln freiwerdende Kohlendioxid kann so schnell abgeführt werden und Sauerstoff dringt ein. Mittelporen speichern Wasser kurzfristig und dränen gleichzeitig, während Feinporen durch Kapillarkräfte das Wasser vor dem Versickern für Wochen und Monate schützen. Der Totwasseranteil (Feinstporen mit nicht pflanzenverfügbarem Wasser, vor allem in Tonböden) vermindert sich. Eine gute Durchlüftung verhindert auch eine Wasserübersättigung und damit eine zu langsame Erwärmung im Frühjahr.

Bei den einzelnen Bodenarten können folgende Verbesserungen erzielt werden:

  • Sandboden:
    Erhöhung der Wasser- und Nährstoffspeicherkapazität, Verringerung der Humuszehrung, bessere Pufferung, bessere Salzverträglichkeit
  • Tonböden:
    Erhöhung der Wasserdurchlässigkeit, geringere Nährstofffestlegung, bessere Durchlüftung, schnellere Erwärmung des Bodens, keine Vertorfung von organischem Material wegen Sauerstoffmangels, bessere Bearbeitbarkeit.

In beiden Fällen wird die Wasserversorgung verbessert. Da sich Böden in gutem Garezustand hervorragend für eine minimale, oberflächliche Bodenbearbeitung eignen, ergeben sich auch arbeitswirtschaftliche Vorteile.

3. Wirkung von Biostimulatoren auf die Pflanzenernährung

Pflanzenwurzeln sind mit einer symbiotischen Schicht von rhizosphären Mikroorganismen überzogen. Diese Mikroorganismen leben von Wurzelabsonderungen und produzieren ihrerseits Phytohormone (Gibbereline, Auxine), mit denen das Wurzelwachstum gefördert wird – ein vollständiger Regelkreis (Abbildung 2).

Abbildung 2: Wirkung von Membraneffektoren auf die Wurzelbildung von Pflanzen

Unter natürlichen Bedingungen, ganz im Gegensatz zu Kulturbedingungen, herrscht im Boden stets Nährstoffmangel. Bakterien sind in der Lage, Nährstoffe aus Bodenpartikeln freizusetzen. Falls Nährstoffe nicht benötigt werden, beispielsweise bei einem Wachstums-Stopp, sekretiert die Wurzel nicht und fördert so auch nicht die Bakterien. Andererseits bedeutet verstärktes Blattwachstum eine höhere Photosyntheserate und als Folge eine höhere Sekretion der Wurzel. So werden Mikroorganismen gefördert und mobilisieren Nährstoffe aus dem Boden.

Nährstoffe liegen im Boden in zwei wichtigen Formen vor:

  • Mobile Form:
    als lösliche Salze, die in dieser Form (und fast nur in dieser Form) von der Wurzel aufgenommen werden können und
  • Immobile Form:
    gebunden an die Humussubstanz oder in anorganischer Form. Die Menge der an Humus gebundenen Nährstoffe ist abhängig vom Humusgehalt. Die Freisetzung aus der immobilen Form, aber auch die Bindung in immobiler Form werden zum allergrößten Teil durch Mikroorganismen bewirkt.

Die Versorgung der Pflanze mit Nährstoffen geschieht in der Praxis in erheblichem Maße durch Mobilisierung festgelegter Nährstoffe aus den Bodenbestandteilen. Dabei spielen Bodenbakterien eine Hauptrolle. Stickstoff, Phosphat und Kali werden insbesondere aus organischer Bindung freigesetzt. Die Bakterientätigkeit ist temperaturabhängig und damit dem jahreszeitlichen Nährstoffbedarf angepasst. In Zeiten des höchsten Bedarfs ist aber die Versorgung der Pflanzen aus der organischen Speicherform nur möglich, wenn sehr viele Bakterien vorhanden sind.

Durch Biostimulation unter Verwendung von Membraneffektoren ist es möglich, die bakterielle Biomasse der Wurzelzone zu erhöhen und das Wurzelwachstum zu steigern. Mehr Wurzeln bedeuten auch ein Mehr an organischer Masse im Boden, ohne dass es dabei zum Luftabschluss kommt. Dabei besiedeln Bakterien schon den Samen, bevor sich die erste Wurzel gebildet hat. (Abbildung 2).

4. Mobilisierung und Immobilisierung von Nährstoffen im Boden

Im Folgenden soll Stickstoff, das mobilste Element, betrachtet werden:

  • Mobile Form:
    In der Bodenlösung liegt Stickstoff als Nitrat und Ammonium vor. Die (positiv geladene) Ammoniumform ist über Ionenbindung an (negativ geladene) Bodenpartikel gebunden. Die Nitratform wird vorwiegend von der Pflanze aufgenommen. Diese mobile Nitratform unterliegt der Auswaschung ins Grundwasser. Wenn genügend organische Substanz und wenig Sauerstoff vorhanden sind, wird Nitrat auch denitrifiziert (in gasförmigen Stickstoff und z. T. in Lachgas umgewandelt).
  • Immobile Form:
    Gebunden an organische Substanz (den Humus) liegt Stickstoff in organischer Form vor. Dabei kann man von folgenden optimalen Mengen ausgehen:
Humusgehalt in Prozentkg Nges/ha
humusarm< 1%< 2 000
schwach humos1-2%2 000 – 3 500
humos2-3%4 000 – 6 000
stark humos4%8 500

Ist der Gehalt an Stickstoff höher, so sollte der Überschuss nach und nach mobilisiert werden.

  • Mobilisierung:
    Bei der Mobilisierung durch Bakterien (deren Aktivität temperaturabhängig ist) kann es zu einer Versorgungslücke bei niedrigen Bodentemperaturen kommen. In diesem Fall muss mit schnell verfügbarem Dünger in geringer Menge nachgeholfen werden.

Biostimulatoren als Bodenhilfsstoffe:
Durch Erhöhung der mikrobiellen Aktivität im Boden wird erreicht, dass sich in der mobilen Phase nur sehr wenig Stickstoff befindet. Nach Düngung wird die immobile Reserve aufgefüllt. Die Stickstoffverluste durch Auswaschung und Denitrifikation geschehen nur aus der mobilen Phase. Da durch hohe mikrobielle Aktivität die mobile Phase je nach Bedarf der Pflanze schnell wieder ergänzt wird, ist die Versorgung der Pflanze trotzdem gewährleistet.
Ein hoher Nitratgehalt im Boden hemmt außerdem die Nitrataufnahme in der Pflanze. Nitrat muss über die Nitritform durch Nitratreduktase in Ammonium überführt werden. Dies wirkt im Rhizosphärenbereich alkalisierend, wodurch der Saccharosetransport in der Pflanze gehemmt wird, was wiederum die Nitratausnützung reduziert. Um trotzdem eine gute Nitrataufnahme zu erreichen, muss die Pflanze regelrecht mit Nitrat überschwemmt werden. Dieser Circulus vitiosus wird durch Biostimulatoren überwunden. Der Gehalt an mobilem Stickstoff bleibt gering, die Hemmung der Aufnahme unterbleibt. Gleichzeitig liefern die Bakterien schnell ausreichend Stickstoff aus der immobilen Form nach.

5. Wirkprinzip der Resistenzinduktion

Bei Warmblütern kann eine überstandene Infektionskrankheit zu Immunität gegenüber den gleichen Krankheitserregern führen. Gleiches ist auch von Pflanzen bekannt. Im Gegensatz zu Warmblütern ist die Immunreaktion jedoch bei weitem nicht so spezifisch, außerdem ist meist nicht die ganze Pflanze geschützt, sondern nur das befallene Organ (z. B. das Blatt). Wie bei Warmblütern kann auch bei der Pflanze die Inokulation (Impfung) mit virulenten oder avirulenten Erregern (saprophytischen Bakterien oder Pilzen der Phyllosphaere, Extrakten aus Bakterien und Pilzsporen) oder durch Infektion mit wirtsfremder RNA oder Viruseiweiß geschehen. Die so erworbene Resistenz wirkt jedoch nicht nur gegen diese Erreger, sondern unspezifisch auch gegen andere Bakterien, Pilze, Viren oder Nematoden. Sie kann lokal oder (selten) systemisch sein.

Zwischen der Inokulation und der Ausbildung der Resistenz vergehen 2-14 Tage. Die induzierte Resistenz hält zwischen 20 Tagen (Tabakmosaikvirus) und einer ganzen Vegetationsperiode an, meist jedoch 6-8 Wochen.

Einen besonderen Effekt haben bestimmte Oligosaccharide. Wenn pflanzliches Gewebe gereizt oder zerstört wird, wird das Polypeptid Prosystemin freigesetzt, welches sich durch Proteolyse in Systemin umwandelt. Das gleiche bewirken natürliche Oligosaccharide an der Blattoberfläche. Systemin heftet sich an einen Rezeptor im Plasmalemma und aktiviert so eine Lipase, welche Linolsäure aus der Membran freisetzt. Zusammen mit einer Lipoxygenase (LOX) bildet sich über mehrere Schritte Jasmonsäure. Jasmonsäure aktiviert als Signalsubstanz ein Gen, das einen Proteinaseinhibitor kodiert. Im Verdauungstrakt von Insekten verhindert dieser Proteinaseinhibitor die Aufnahme von Eiweiß. Die Insekten wandern ab oder verhungern.

Lipoxygenase in Kombination mit Peroxygenase und Hydroxylierung bildet 9.10.18-Trihydroxystearinsäure, woraus sich Wachs an der Blattoberfläche aufbaut. Eine dickere Wachsschicht schützt die Pflanze gegen das Eindringen von Pilzhyphen und Insekten. Sie vermindert aber auch die (nichtstomatäre) Transpiration und schützt das Blatt vor Luftverunreinigungen wie Stickoxiden und Ozon. Andere Oligouronide aktivieren Elizitoren wie die Phenylalaninammoniumlyase (PAL), wodurch Gene aktiviert werden, die für antimikrobielle Phytoalexine kodieren.

Es ist noch unbekannt, wieso bestimmte Oligouronide in Pflanzen eine höhere Chlorophyllproduktion bewirken.