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Jagd auf phosphor: lupine erfolgreicher als weizen

pressemitteilung vom 29. September 2004

Claire Le Bayon, Biologin an der Universität Neuenburg, hat nachweisen können, dass es der weissen Lupine besser gelingt als dem Weizen, den im Boden vorhandenen Phosphor zu lösen und ihn so für das eigene Wachstum und Entwicklung zu nutzen. Die Forscherin hat ihre Arbeit, die im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) Plant Survival durchgeführt wurde, kürzlich auf zwei grossen Kongressen in Deutschland vorgestellt.

Phosphor ist für Pflanzen ein unerlässlicher Nährstoff. Er kommt häufig im Boden vor, ist aber nicht immer verfügbar. Deshalb leiden die Pflanzen in unseren Breiten ganz im Gegensatz zu einer weit verbreiteten Vorstellung nicht unbedingt an Phosphormangel, sondern daran, dass sie den vorhandenen Phosphor nicht nutzen können. Tatsächlich hat der Stoff die Tendenz, sich leicht mit anderen Mineralien wie Eisen oder Aluminium zu binden, was seine Aufnahme durch Pflanzen nicht eben begünstigt. Die Forschungsresultate von Claire Le Bayon, die diese Zusammenhänge beleuchten, sind gemeinsam mit einem ganzen Team von WissenschaftlerInnen entstanden, die sich alle für die Ernährung von Pflanzen unter Stress interessieren.

Die Ergebnisse dieser Zusammenarbeit wurden Anfangs September an der Eurosoil 2004 (Freiburg) und Rhizosphere 2004 (München) vorgestellt. Aus diesen Resultaten geht hervor, dass sich die Lupine vom Weizen insbesondere durch die Bildung sogenannter Proteoidwurzeln, die sich auf die Aufnahme von Phosphat spezialisiert haben, unterscheidet. Die Wirksamkeit dieser Wurzeln beruht sowohl auf der Absonderung von organischen Säuren wie auf der gesteigerten Produktion eines Enzyms, der sauren Phosphatase. Weizen jedoch tut sich mit Mycorrhiza Pilzen zusammen, die der Pflanze mineralische Elemente wie Phosphor oder Nitrate liefern, dies im Austausch von verschiedenen Zuckern, die der Weizen während der Photosynthese produziert. Nach dem Vorbild der sauren Phosphatase, die von der Lupine dazu gebraucht wird, im Boden gefangenen Phosphor aufzunehmen, sondern die Mycorrhiza Pilze eine alkalische Phosphatase ab.

Die Studie ist unter anderem deshalb von Interesse, weil sie die Entwicklung des Phosphors im Boden verfolgt hat - dies sowohl in unterschiedlicher Distanz zu den Wurzeln wie auch im zeitlichen Verlauf. Weiterer Verdienst kommt der Arbeit zu, weil sie sich gleichzeitig zweier Pflanzen angenommen hat, denn gewöhnlich befasst sich die Forschung nur mit einer Art aufs Mal. Für die praktische Arbeit bedeutete dies, dass in Bodenproben, die regelmässig rund um die Wurzeln der untersuchten Pflanzen entnommen wurden, physikalische, chemische und biologische Messungen durchgeführt werden mussten. Eine in hohem Masse interdisziplinäre Arbeit, die neben pflanzenökologischer Kompetenz auch nach der Mitarbeit von Forschern aus der Geologie, Pflanzenphysiologie und Geochemie verlangte.

Dieses Experiment ist von seiner Dauer her einzigartig", erklärt Claire Le Bayon. Während sich die meisten, bis heute durchgeführten, Experimente dieser Art auf höchstens einige Wochen beschränkten, erstreckten sich unsere Messungen auf mindestens ein Jahr." Die zweite Besonderheit hat mit der gewählten Methode zu tun: Die Pflanzen wurden in grossen Töpfen mit acht Kilo Boden kultiviert, der eine Säule von gegen 35 cm bildete! Dieses System gibt die auf den Feldern herrschenden Bedingungen besser wieder, als die vorangehenden Arbeiten, die gewöhnlich in kleinen Töpfen realisiert wurden.

Während die Lupine die Wirksamkeit ihrer Wurzeln für die Jagd nach Phosphor unter Beweis stellte, erwiesen sich die Mycorrhiza Pilze als offenbar weniger leistungsfähig. Was den Weizen angeht", bedauert Claire Le Bayon, bin ich etwas überrascht von der geringen Aktivität der alkalischen Phosphatase. Theoretisch hätte dieses Enzym nahe der Wurzeln ausgeprägter im Boden anzutreffen sein sollen. Gerade der Symbiosen wegen, die sich dort abspielen. Was die organischen Säuren betrifft, sondert Weizen weniger davon ab als die Lupine."

Um den wirksamen Mechanismus besser zu verstehen, den die Lupine zur Aneignung von Phosphor im Boden entwickelt hat, untersucht gegenwärtig ein Team der Universität Zürich die genetischen Faktoren, die an der Bildung dieser speziellen Wurzeln beteiligt sind.

für weitere information

Dr Claire Le Bayon
Université de Neuchâtel
Laboratoire d'écologie végétale
Tél: +41 32 718 2365 / 2230 (secrétariat)
claire.lebayon(at)unine.ch

Redaktor: Igor Chlebny