Im August 2025 starteten Forschende der Technischen Universität Braunschweig in Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich (FZJ) ein bahnbrechendes interdisziplinäres Projekt, das sich dem Wachstum von Wurzelnetzwerken widmet. In einem speziell dafür eingerichteten MRT-Labor des Instituts für Bio- und Geowissenschaften wurden kleine Robinien (Robinia pseudoacacia) umgetopft, um die komplexen Vorgänge unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen. Ziel der Pilotstudie ist es, das Verständnis für die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Boden sowie die Auswirkungen von Umweltfaktoren auf das Wurzelwachstum erheblich zu verbessern, so tu-braunschweig.de.
Besonders im Fokus der Forschungen steht, wie Trockenperioden das Wurzelwachstum und das umliegende Erdreich beeinflussen. Schließlich sind Wurzelsysteme entscheidend für die Wasseraufnahme von Pflanzen, deren Verankerung im Boden und die Speicherung von Wasser im Erdreich. Die Studie untersucht auch verschiedene Baumarten, wie Eichen und Pappeln, um deren Reaktionen auf Dürre quantitativ zu erfassen. Damit sollen zukünftige Modelle des Wurzel-Boden-Wasser-Systems verbessert und Vorhersagen zu Pflanzenreaktionen unter veränderten Umweltbedingungen ermöglicht werden.
Technologische Innovationen zur Wurzelbeobachtung
Für die Pilotstudie kommen moderne bildgebende Verfahren, darunter Magnetresonanztomographie (MRT) und Computertomographie (CT), zum Einsatz. Diese Technologien erlauben es, Wurzeln, Boden, Wasser und Luft sichtbar zu machen. 4D-Bilddaten, die im Rahmen des Projekts gewonnen wurden, zeigen die Entwicklung der Wurzeln in verschiedenen Bodentypen, sowohl unter normalen als auch unter trockenen Bedingungen. Ein weiterer Aspekt der Untersuchung ist die Ausbildung von Wurzelknöllchen bei Robinien, die eine Symbiose mit Rhizobien eingehen und somit Stickstoff für die Pflanze verfügbar machen.
Die CT-Scans liefern bereits Einblicke in das Wachstum der Knöllchen und des Wurzelnetzwerks in Sandböden, während die MRT-Auswertungen die Darstellung wasserhaltiger Wurzeln optimieren. Dieses umfassende Bild der Wurzelentwicklung ist entscheidend, um zu verstehen, wie Bäume auf Dürre reagieren und welche adaptiven Strategien sie verwenden.
Die Rolle von Mikroben und nachhaltiger Landwirtschaft
Die Gesundheit und das Wachstum von Pflanzen werden auch stark durch Mikroorganismen beeinflusst. Studien zeigen, dass der gezielte Einsatz von Mikroben in der Landwirtschaft Potenziale birgt, um Herausforderungen wie Ertragsdepressionen oder Bodenmüdigkeit zu bewältigen. Ein Beispiel ist das Rhizo4Bio-Projekt, das sich mit der Entferntheit von Ertragsdepressionen bei Weizen auseinandersetzt. Dabei wurde festgestellt, dass Monokulturen die Vielfalt des Bodenmikrobioms erheblich reduzieren, was negative Auswirkungen auf Erträge hat, wie biooekonomie.de berichtet.
Zusätzlich wird die Bedeutung von Mykorrhizapilzen hervorgehoben, die die Wurzelentwicklung fördern. Diese Pilze stehen in enger Wechselwirkung mit Pflanzenwurzeln und tragen zur Nährstoffversorgung bei. Mehr als 80 Prozent aller Landpflanzen gehen natürliche Verbindungen mit diesen Mikroben ein.
Nachhaltige Düngemittel und der Blick in die Zukunft
Die intensive Landwirtschaft und der übermäßige Einsatz von Phosphatdüngemitteln führen zu ökologischen Problemen. Das Botanische Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) erforscht unter der Leitung von Natalia Requena die molekularen Mechanismen dieser Wechselwirkungen. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, nachhaltige Ansätze in der Landwirtschaft zu fördern und das Verständnis der Rolle von Mikroben zu vertiefen, wie kit.edu aufzeigt.
Die kombinierten Erkenntnisse aus den aktuellen Forschungsprojekten werden nicht nur unser Wissen über das Zusammenwirken von Pflanzen und Mikroben erweitern, sondern auch grundlegende Grundlagen für nachhaltige Praktiken und die Ernährungssicherheit in der Zukunft liefern.
