© Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie, Universität Bayreuth
Eisen ist zwar ein Mineral, das im Erdboden besonders häufig vorkommt. Doch in der Regel ist es hier ein Bestandteil von Eisenoxiden und damit schwer löslich, so dass es von den Wurzeln der Pflanzen nicht unmittelbar absorbiert werden kann. Wie gut das Eisen im Boden für die Pflanzen verfügbar ist, hängt deshalb entscheidend vom jeweiligen pH-Wert des Bodens ab. Je höher der pH-Wert ist, desto ungünstiger sind die Bedingungen für die Absorption des Eisens. Weltweit ist der pH-Wert heute auf etwa 30 Prozent der landwirtschaftlich nutzbaren Flächen überhöht, so dass hier die landwirtschaftliche Produktivität durch Eisenmangel beschränkt ist.
Vergleichende Analysen von Stoffwechselprodukten
Von besonderem Interesse für die Forschung sind Substanzen, welche die Versorgung von Pflanzen mit Mineralstoffen auch dann gewährleisten, wenn die Absorption aus dem Erdboden erschwert ist. Gibt es derartige Substanzen?
Um diese Frage beantworten zu können, hat die Bayreuther Forschungsgruppe um Prof. Clemens einen Forschungsansatz gewählt, der die Stoffwechselprodukte der Pflanzen in den Blick nimmt. An den Wurzeln der Schotenkresse (Arabidopsis thaliana), die in der pflanzenphysiologischen Forschung heute oftmals als "Modellpflanze" dient, haben die Wissenschafter vergleichende metabolomische Analysen durchgeführt. Dabei wurden möglichst viele der am Stoffwechsel beteiligten Abläufe und Substanzen – insbesondere die Zwischen- und Endprodukte des Stoffwechsels – erfasst.
Cumarine: Schlüsselsubstanzen für den Eisenhaushalt von Pflanzen
Die Pflanzen, denen die Absorption von Eisen infolge des überhöhten pH-Werts erschwert war, bildeten in ihren Wurzeln eine auffällig große Menge von Cumarinen; viel mehr als die anderen Pflanzen, die optimal bzw. überhaupt nicht mit Eisen versorgt waren. Besonders das Skopoletin war in den Pflanzenwurzeln sehr häufig anzutreffen. Cumarine sind Aromastoffe, die zur Klasse der Phenole gehören und beispielsweise in der Lebensmittelindustrie als aromatische Verstärker verwendet werden.
Untersuchungen an speziellen Mutanten der Schotenkresse sollten im Anschluss an diese Befunde zeigen, ob Cumarine wirklich wichtig sind für die Eisenernährung der Pflanzen. Bei den Mutanten war die Bildung von Cumarinen aufgrund eines genetischen Defekts gestört. Tatsächlich erwiesen sie sich als unfähig, das in der Nährlösung mit hohem pH-Wert enthaltene Eisen zu absorbieren; nur zusätzliche eisenhaltige Nährstoffe konnten ihr Überleben sichern.
Quelle: Universität Bayreuth
