Fungilyzer soll Phosphataufnahme verbessern

Pflanzen nehmen phosphathaltige Dünger nur ineffizient auf. Da die Dünger kurzfristig in hoher Dosis angewendet werden, werden sie schnell weggeschwemmt. So wird einerseits mehr Dünger als nötig gebraucht, andererseits verschmutzen dadurch vielerorts Gewässer und die betroffenen Ökosysteme geraten aus dem Gleichgewicht.

Diesem grundsätzlichen Problem will ein junges Studierendenteam der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) begegnen. Im Rahmen des iGEM („international Genetically Engineered Machine“), einem internationalen studentischen Wettbewerb der synthetischen Biologie, planen die Studierenden mit einem biologischen Dünger aus verbesserten symbiotischen Pilzen die Landwirtschaft effektiver zu machen.

Sie nutzen dazu die natürlich vorkommende Pilzspezies Serendipita indica. „Der Pilz hat eine natürliche Speicherfunktion für Nährstoffe, die wir ausnutzen und ausbauen wollen, um ein Puffersystem für den angewendeten Phosphatdünger aufzubauen“, sagt Antigoni Mouratidou, eine der drei Teamleiter. „Außerdem vergrößert er die Aufnahmeoberfläche und damit die Geschwindigkeit, mit der überlebenswichtige Stoffe für die Pflanze gespeichert werden.“

Pilz soll überschüssige Phosphate binden

Für ihr Ziel wollen die Projektteilnehmenden nun die Transportvorgänge des Pilzes so modifizieren, dass er auf unterschiedliche Phosphatkonzentrationen im Erdreich dynamisch reagieren kann. Die Experimente werden die HHU-Studierenden vorwiegend in einem Modellorganismus – der Hefe – durchführen; die Ergebnisse können dann auf andere Pilze übertragen werden.

„Wir wollen schlussendlich einen auf Pilzen basierenden biologischen Dünger verfügbar machen – einen ‚Fungilyzer‘. Dieser würde verhindern, dass Düngemittel ausgewaschen werden, weil der Pilz die überschüssigen Phosphate bindet. Hiermit wird verhindert, dass Gewässer überdüngt werden, was zu unerwünschtem Algenwachstum führt. Weiterhin soll der Dünger, der universell für die meisten Nutzpflanzen angewendet werden kann, natürlich deren Wachstum auf den Feldern verbessern”, erläutert Teamleiter Niklas Küppers.

Die Pilze verbessern die Phosphataufnahme, indem sie bei hoher Phosphatkonzentration im umgebenden Boden mehr Transportkanäle für den Mineralstoff ausbilden. Hierdurch werden die Mineralstoffe besser zu den Wurzeln geschafft, was eine schnelle Aufnahme begünstigt. So kann der Pilz auch in nährstoffarmen Zeiten mehr von dem Phosphat, das er speichert , an die Ackerpflanze weitergeben.

„Notfall-Gen“ für den Ernstfall

Wird der Nährstoffgehalt des Bodens zu niedrig, aktiviert sich im Fungilyzer ein „Notfall-Gen“, wodurch der Pilz kontrolliert abstirbt . Dadurch werden alle im Pilz gespeicherten Nährstoffe in den Boden abgegeben und stehen jetzt der Pflanze zur Verfügung. So gestärkt, kann sie schwierige Umweltbedingungen überleben, Missernten können vermieden werden.