Knöllchenbakterien

Knöllchenbakterien, stickstofffixierende Bakterien der Gattungen Rhizobium und Bradyrhizobium. Sie bilden mit manchen Pflanzen, zumeist Hülsenfrüchtlern, eine Symbiose, die es den Pflanzen ermöglicht, unabhängig vom Stickstoffgehalt des Bodens zu gedeihen.

Knöllchenbakterien sind obligate Aerobier und wachsen auf organischen Verbindungen (chemoorganotroph). Diese Bakterien kommen natürlicherweise im Boden vor, können aber junges Wurzelgewebe der Wirtspflanze infizieren. Die Wirtszellen vermehren und vergrößern sich unter Einfluss der Infektion stark. Die dadurch entstehenden Wurzelknöllchen beherbergen die Bakterien und versorgen sie mit Nährstoffen und über Leghämoglobin, einem dem Hämoglobin ähnlichen Protein, mit Sauerstoff. Die Bakterien werden mit einer Membran als physiologischer Barriere umgeben, so dass sich die Infektion nicht über die Wurzelknöllchen ausbreiten kann. Wie britische und US-amerikanische Forscher 2003 in Science berichteten, versorgten Wirtspflanzen im Experiment Knöllchenbakterien nur so lange mit Sauerstoff, wie sie von den Bakterien Stickstoff erhielten. Bei fehlender Stickstoffzufuhr entzog die Pflanze den Bakterien den Sauerstoff, so dass die Bakterien zugrunde gingen.

Innerhalb der Wurzelknöllchen verändern die Bakterien ihre Gestalt, indem sie sich vergrößern und abkugeln. In diesen Bakterioiden kann der Anteil des Enzyms Nitrogenase für die Stickstofffixierung bis zu 10 Prozent der löslichen Proteine ausmachen. Die Produkte der Stickstofffixierung werden als Ammoniumionen abgegeben und von der Pflanze in artspezifische Verbindungen eingebaut. Knöllchenbakterien fixieren außerhalb der Pflanze keinen Stickstoff. Die Einteilung der Arten erfolgt über ihre Wirtsspezifität. So geht Rhizobium trifolii eine Symbiose mit Klee ein. Durch die ökologisch wichtige Knöllchenbakterien-Symbiose können pro Jahr und Hektar bis zu 600 Kilogramm Stickstoff gebunden werden.