Thema 1: Nährstoffversorgung von Pflanzen - Max-Planck

Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie
Partner des Wissenschaftsjahres 2012
Thema 1: Nährstoffversorgung von Pflanzen
Wenn Topfpflanzen zu lange in der gleichen Erde wachsen, geht es ihnen irgendwann nicht mehr
besonders gut. Ihre Blätter verfärben sich, sie wachsen langsamer und – wenn man sie nicht umtopft
– sterben sie schließlich ab. Die Ursache ist ein Mangel an essentiellen Nährstoffen wie Stickstoff,
Phosphor oder Schwefel.
Die Forscher, die sich mit der Nährstoffaufnahme von Pflanzen beschäftigen, wollen herausfinden,
wie Pflanzen auf Nährstoffmangel oder Überangebot reagieren. Sie suchen nach Veränderungen in
der Genexpression, im Stoffwechsel oder in Signalmolekülen. Die Forscher um Franziska Krajinski
untersuchen, wie Pflanzen in Lebensgemeinschaft mit Pilzen und Bakterien mehr Stickstoff und
Phosphor aufnehmen können. Mit der Schwefelaufnahme und -verarbeitung beschäftigt sich die
Arbeitsgruppe um Rainer Höfgen.
Stickstoff
Stickstoff ist das Element, was wir täglich ein- und ausatmen, denn unsere Luft besteht zu 78 Prozent
daraus. Der Name kommt nicht von ungefähr, in reinem Stickstoff würden Lebewesen tatsächlich
ersticken. Trotzdem ist er unerlässlich zum Aufbau von Proteinen, für die Basen der DNA und bei
Pflanzen auch für den grünen Blattfarbstoff, das Chlorophyll. Pflanzen, die unter Stickstoffmangel
leiden, erkennt man oft an ihren gelblich verfärbten Blättern. Doch wenn wir von Stickstoff umgeben
sind, geradezu in Stickstoff schwimmen, wie kann es dann bei Pflanzen zu Stickstoffmangel kommen?
Das Problem ist, dass der Luftstickstoff von Pflanzen nicht aufgenommen werden kann. Nur lösliche
Stickstoffverbindungen, wie Ammonium oder Nitrat,
können von den Pflanzen über ihre Wurzeln absorbiert
werden. Deshalb holen sich einige Pflanzen Hilfe von
Bakterien. Hülsenfrüchtler, also Soyabohnen, Erbsen,
Linsen oder Klee, arbeiten mit Knöllchenbakterien
zusammen, die an den Wurzeln der Pflanzen kleine
Knöllchen ausbilden und daher ihren Namen tragen. Diese
Bakterien haben die Fähigkeit, Stickstoff aus der Luft zu
fixieren, also in Ammonium oder Nitrat umzuwandeln.
Diese Stoffe geben die Bakterien dann bereitwillig an die
Pflanzen ab. Im Gegenzug erhalten sie von der Pflanze
Zucker. Diese Lebensgemeinschaft hat für beide Seiten
Vorteile und wird deshalb Symbiose genannt.
Phosphor
Phosphor ist ebenfalls unersetzlicher Bestandteil
unserer DNA und außerdem wichtig für den
Energiestoffwechsel. Eine Phosphatverbindung,
das ATP, bildet die Energieeinheit der Zellen.
Unsere Phosphorvorräte auf der Erde werden
immer knapper und das Element gilt als nichterneuerbare Ressource, die aus Apatitgesteinen
gewonnen wird. Bereits jetzt wird fast die gesamte
globale Phosphorproduktion als Dünger in der
Landwirtschaft eingesetzt, doch viele Experten
sagen in den nächsten Jahrzehnten einen Phosphatmangel voraus. Schon jetzt würden die meisten
Pflanzen unter Phosphatmangel leiden, gäbe es da nicht eine Zusammenarbeit mit arbuskulären
Mykorrhizapilzen. Etwa 80 Prozent aller Landpflanzen leben in Symbiose mit diesen Pilzen, der
Einfachheit halber auch AM-Pilze genannt. Sie durchziehen mit ihrem feinen Hyphennetz den Boden
und können durch die vergrößerte Oberfläche mehr Phosphat absorbieren, als die Pflanzen mit ihren
relativ wenigen Wurzeln. Das Phosphat leiten die Pilze an die Pflanzen weiter, diese bedanken sich
dafür mit Zucker, den sie über die Photosynthese zur Genüge herstellen können.
Schwefel
Auch Schwefel gehört zu den Makronährstoffen, Pflanzen benötigen das Element zum Aufbau der
Aminosäuren Methionin und Cystein und auch zur Abwehr von Schädlingen und Fraßfeinden. Ein
Mangel an Schwefel führt zu starken Ertragsverlusten. Menschen sind außerdem darauf angewiesen,
Methionin aus Pflanzen aufzunehmen, da wir diese Aminosäure nicht selbst bilden können.