Der Einfluss von Umweltfaktoren auf das pflanzliche Mikrobiom Mikroorganismen und Standortbedingungen

Das pflanzliche Mikrobiom spielt eine wichtige Rolle für Pflanzengesundheit, Nährstoffaufnahme, Stressresistenz und Ertragsstabilität in landwirtschaftlichen und gärtnerischen Systemen. Pflanzen stehen dabei in enger Wechselwirkung mit einer Vielzahl von Mikroorganismen, die ihre Entwicklung, Widerstandsfähigkeit gegenüber Krankheiten sowie ihre Anpassung an Umweltstressoren wie Trockenheit, Staunässe, Bodenverdichtung oder pH-Verschiebungen maßgeblich beeinflussen. Gleichzeitig formen Pflanzen über ihre physiologischen Eigenschaften und Wurzelexsudate aktiv die Zusammensetzung ihres Mikrobioms. Dabei gilt: Gesunde Pflanzen wirken über ihren besseren physiologischen Zustand, ihr Wachstum und qualitativ hochwertigere Wurzelexsudate positiv verstärkend auf ihr Mikrobiom zurück. Umgekehrt bedeutet es, dass kranke und gestresste Pflanzen verminderte Fähigkeiten haben, fördernd mit ihrem Mikrobiom in Beziehung zu treten (Trivedi et al. 2020).

Verschiedene Mikroorganismen sind an unterschiedliche Bedingungen angepasst und es können Anpassungen an lokale Gegebenheiten bzw. Stressbedingungen beobachtet werden (Kristy et al. 2022; Silva et al. 2025; Amarasinghe et al. 2024). Pauschale Aussagen sind daher nicht unbedingt ohne Einschränkungen gültig. Nichtsdestotrotz schafft ein besseres Verständnis der Umwelteinflüsse, die auf das pflanzliche Mikrobiom einwirken, eine wesentliche Grundlage für eine nachhaltige Bodenbewirtschaftung, resiliente Pflanzenbestände und stabile Erträge. Dabei kann zwischen biotischen Faktoren, die der belebten Umwelt entstammen und abiotischen Faktoren, die Einflüsse der unbelebten Umwelt beschreiben, unterschieden werden.

Die Pflanzenart und die individuelle genetische Ausstattung (Genotyp oder Sorte) gelten als die wichtigsten Faktoren für die Zusammensetzung des Mikrobioms (Compant et al. 2025). Hinzu kommen weitere Einflüsse wie Alter, Entwicklungsphase und bereits vorhandene Mikroorganismen. Die Zusammensetzung des Mikrobioms in der frühen vegetativen Phase ist sehr dynamisch, während sie sich im weiteren Verlauf dem wirtstypischen Muster angleicht und sich in der reproduktiven Phase stabilisiert, wobei die mikrobiellen Populationen insbesondere im Wurzelbereich am größten und aktivsten ausfallen (Trivedi et al. 2020). 

Bezüglich der Wurzeleigenschaften sind neben der Wurzelbeschaffenheit insbesondere die Wurzelexsudate zu nennen. Diese wirken über ihre Zusammensetzung aus Zuckern, Aminosäuren, organischen Säuren und sekundären Pflanzenstoffen aktiv auf die Zusammensetzung des Mikrobioms, insbesondere in der Rhizosphäre und Rhizoplane, ein (Compant et al. 2025). Ein abwechslungsreicher Pflanzenbestand, aber auch Fruchtfolgen schaffen ein vielfältiges Angebot an Mikroorganismen und damit auch mikrobielle Dienstleistungen. Dies wirkt sich positiv auf die Boden- und Pflanzengesundheit aus (Tosi et al. 2020; Chen et al. 2018). Auch der Austausch von Mikroorganismen zwischen benachbarten Pflanzen ist belegt (Hu et al. 2023; Worrich et al. 2019) und am Beispiel von Tomaten konnte gezeigt werden, dass auch gezielt abgesonderte Duftstoffe das Wurzelmikrobiom von benachbarten Tomatenpflanzen beeinflussen können (Kong et al. 2021). 

Im Hinblick auf Samenqualität, Samenproduktion und den Umgang mit Saatgut wurde gezeigt, dass Mikroorganismen von den Elternpflanzen über die Samen an Tochterpflanzen weitergegen werden können (Mitter et al. 2017; Gagic et al. 2018). 

Tiere wie Bestäuber, Schädlinge und Nutztiere beeinflussen ebenfalls das pflanzliche Mikrobiom und das Bodenmikrobiom aus (Sessitsch et al. 2023; Wu et al. 2022), wobei auch Pflanzen Mikroorganismen an Tiere übertragen (Contos et al. 2025; Martin et al. 2022; Sessitsch et al. 2023).

Wie in dem Artikel „Mikroorganismen und Pflanzen – eine Einführung“ geschildert, bieten Pflanzen Mikroorganismen viele unterschiedliche Lebensräume. Dabei entscheidet der jeweilige Lebensraum, welche Einflussfaktoren zum Tragen kommen. So werden Mikroorganismen der stärker exponierten, oberirdischen Pflanzenteile (Phyllosphäre, Blattendosphäre und Sprossachse) vermehrt durch die Witterung (Temperatur, Niederschläge, UV-Strahlung und damit Jahreszeit), die limitierte Nährstoffverfügbarkeit und die geographischen Lage (Klima) beeinflusst (Wagner et al. 2016). Die Besiedlung dieser Pflanzenteile geschieht unter anderem über Luft, Wasser, Bodenpartikel, Pollen oder von innen über die Pflanze (Sessitsch et al. 2023).

In den unterirdischen Lebensräumen der Pflanzen (Rhizosphäre, Rhizoplane und Wurzelendosphäre) nehmen die Bodenbedingungen den größten Einfluss auf Mikroorganismen. Hier sind u. a. Gasaustausch, Feuchtigkeit, Temperatur, pH-Wert, Bodenart, Humusgehalt, Nährstoffgehalt und Bodendichte von Bedeutung (Robert et al. 2025).

Wasser ist die Grundlage allen Lebens und viele Mikroorganismen können als aquatische Lebewesen betrachtet werden, da sie in einem ständig feuchten, wasserreichen Umfeld leben. Sie sind auf Wasser angewiesen, um zu überleben, Nährstoffe aufzunehmen und ihre Stoffwechselprozesse zu betreiben. Bleibt die Wasserversorgung aus droht vielen die Austrocknung und der Tod (Lyse). Alternativ besteht auch die Möglichkeit mit der Produktion von metabolisch kostspieligen und osmotisch wirksamen Substanzen dem Wasserverlust entgegenzuwirken oder in Dormanz zu gehen. Trockenheit führt daher zu einer Abnahme der mikrobiellen Aktivität und Biomasse (Amarasinghe et al. 2024). Trockenheit wird dabei durch höhere Temperaturen und Wind begünstigt, was die Verwendung Mulch nahelegt.

Trockenheit schränkt die Beweglichkeit von Bakterien im Boden deutlich ein, was sich negativ auf die Besiedlung von Wurzeln auswirken kann (Aroney et al. 2021). Wie von Amarasinghe et al. (2024) aus unterschiedlichen Quellen zusammengetragen wurde, sind Bodenpilze im Allgemeinen resistenter gegenüber Trockenstress als Bodenbakterien, da sie über dickere Zellwände verfügen, die einem Wasserverlust entgegenwirken, Sporen bilden und über ihre Hyphen besser auf Wasser und Nährstoffe zugreifen können. Im Gegensatz dazu erholen sich viele Bodenbakterien aufgrund ihrer raschen Teilungsrate schneller. Es konnte gezeigt werden, dass mikrobielle Gemeinschaften auf Sandböden besser mit Dürreperioden umgehen können (Pérez-Guzmán et al. 2020). Dieses Ergebnis unterstreicht die standortabhängige Anpassung an lokale Gegebenheiten.

Bodenverdichtung ist ebenfalls problematisch für viele Mikroorganismen. Sie schränkt das Porenvolumen und damit den Lebensraum des Bodenlebens ein und fragmentiert diesen. Es kommt es zu Einschränkungen im Gasaustausch und zur Förderung anaerober Verhältnisse (Longepierre et al. 2021). Zudem verhindern verdichtete Böden den Wasserfluss im Boden, was zu Wasserknappheit, aber auch Stauwasserbildung führen kann, wobei Letzteres den Gasaustausch zusätzlich einschränkt. Es zeigt sich auch hier eine Zunahme anaerober und eine Abnahme aerober Mikroorganismen auf Kosten vieler pflanzenwachstumsfördernden Mikroorganismen (Longepierre et al. 2021). Darüber hinaus vermindert die Bodenverdichtung das Wachstum von Wurzeln und Wurzelhaaren, was unter anderem zu einer geringeren Ausbildung von Wurzelknöllchensymbiosen bei Leguminosen führt. Dies alles kann als Ursache für eine Abnahme der Assoziation von förderlichen Mikroorganismen mit der Pflanze betrachtet werden (Longepierre et al. 2021; Hartmann et al. 2014; Frene et al. 2024). 

Des Weiteren wurde eine Zunahme von zersetzenden (saphrophytischen) Pilzen beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass abgestorbenes Pflanzenmaterial zersetzt wird (Hartmann et al. 2014; Longepierre et al. 2021). Außerdem begünstigt Bodenverdichtung Erosion, welche ihrerseits zu einer Verarmung der mikrobiellen Artenvielfalt und Funktionalität führt (Qiu et al. 2021). Besonders bemerkenswert ist, dass bereits einmalige Verdichtungen trotz mehrjähriger Gegenmaßnahmen beobachtbare Veränderungen hinterließen, auch wenn sich die beobachtbaren Veränderungen im Zeitverlauf über mehrere Jahre deutlich abschwächten (Longepierre et al. 2021). Zudem sind schwere Böden durch Bodenverdichtung aufgrund der ohnehin schon geringeren Gas- und Wasserdurchlässigkeit besonders betroffen (Hartmann et al. 2014). 

Schwerere Böden haben nicht nur durch die verminderte Gas- und Wasserdurchlässigkeit einschränkende Wirkungen auf das Mikrobiom. Auch die langsamere Erwärmung im Frühjahr verringert die mikrobielle Aktivität. Darüber hinaus haben sie eine höhere Tendenz zu Staunässe und Phosphatfestlegung. Auf der anderen Seite können sie Wasser und Nährstoffe besser speichern und der hohe Anteil an Tonminerale erleichtert die Stabilisierung von organischer Substanz in Ton-Humus-Komplexen. Leichte Böden verhalten sich komplementär hierzu. Durch die leichtere Erwärmung und den höheren Gasaustausch mit der Umgebung neigen sie außerdem deutlich stärker zum Humusabbau. 

Die bodenorganische Substanz ist Nährstoff- und Wasserspeicher für Pflanzen und das Bodenleben und fördert eine gute Bodenstruktur mit Vorteilen für einen geregelten Gasaustausch. Für viele Bodenlebewesen stellt sie außerdem eine Nahrungsquelle dar. Sie fördert größere mikrobielle Populationen, die mikrobielle Artenvielfalt und die Aktivität der Mikroorganismen (Lori et al. 2017). Zudem wirken gesündere Pflanzen auf humusreicheren Standorten positiv verstärkend auf ihr Mikrobiom (Li et al. 2024). Laborstudien zeigen, dass Dürre bei sehr hohen Gehalten organischen Kohlenstoffs (> 3 %) in Ackerböden und einer Dauer von mindestens 3 bis 4 Wochen zu einem stärkeren und länger anhaltenden Rückgang der mikrobiellen Biomasse führt. Dies wird damit begründet, dass die kohlenstoffreiche Umgebung metabolisch aktivere, aber empfindlichere Mikroorganismen selektiert (Amarasinghe et al. 2024). 

Der pH-Wert ist ein weiterer Faktor, der das Mikrobiom des Bodens entscheidend beeinflusst. Ein ausgeglichener Wert fördert das Mikrobiom. Sowohl zu niedrige als auch zu hohe Werte können sich mit Ausnahmen negativ auf Mikroorganismen, ihre Vielfalt und ihre Funktionen auswirken und ihre Erholung nach Trockenheit und möglicherweise anderen Stressoren einschränken (Xing et al. 2024; Bonanomi et al. 2018; Amarasinghe et al. 2024). Pilze inklusive Mykorrhizapilzen bevorzugen in der Regel leicht saure pH-Werte, während alkalische Bedingungen das Wachstum von Bakterien begünstigen (Islam et al. 2020; Silva-Sánchez et al. 2019).