Symbiosen zwischen Bakterien und Pflanzen ermöglichen die effektive Umwandlung von Luftstickstoff zu Ammoniak

Zusammenfassung

Die heute in der Landwirtschaft erzielten hohen Erträge sind direkt von einer intensiven Stickstoffdüngung abhängig (Abb. 1). Der eingesetzte Stickstoffdünger wird dabei großindustriell über das Haber-Bosch-Verfahren gewonnen, indem unter erheblichem Energieaufwand molekularer Stickstoff und molekularer Wasserstoff zu Ammoniak umgesetzt werden. Diese industrielle Ammoniaksynthese erweist sich als ein kostspieliges Verfahren. Es ist deshalb nicht verwunderlich, daß nur reiche Industrienationen eine Hochleistungslandwirtschaft mit intensiver Stickstoffdüngung praktizieren können. Zur industriellen Ammoniaksynthese existiert jedoch ein alternativer, biologischer Prozeß. Es handelt sich um die biologische Stickstoff-Fixierung, zu der ausschließlich prokaryontische Mikroorganismen, also Bakterien, befähigt sind. Am Beispiel des Bakteriums Klebsiella pneumoniae wurde dieser Prozeß ausführlich analysiert [1]. Es wurde gefunden, daß ein spezieller Biokatalysator, Nitrogenase genannt, ein Molekül Stickstoff bindet und nach Reduktion zwei Moleküle Ammoniak entläßt. Auch diese biologische Stickstoff-Fixierung ist energieaufwendig und benötigt Energie in Form von Adenosin-triphosphat [2]. Ein besonderes Merkmal der Nitrogenase ist ihre Sauerstoff-Empfindlichkeit. Bakterien können nur unter Ausschluß von Sauerstoff eine aktive Nitrogenase ausbilden. Die biologische Stickstoff-Fixierung findet deshalb nur unter mikroaeroben oder anaeroben Bedingungen statt [2].