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Schwermetalle in weizenblättern

pressemitteilung vom 11. Juli 2005

Cadmium ist ein Schadstoff, der in landwirtschaftlich genutzten Böden relativ häufig ist. Wenn auf diesen Böden Weizen angebaut wird, bleibt dieses für den Menschen giftige Schwermetall nicht einfach im Wurzelreich, sondern wird teilweise in die Blätter aufgenommen. Dies ist die Schlussfolgerung einer Studie, die von einer Biologin der Universität Bern im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunkts «Überlebenserfolg von Pflanzen» durchgeführt wurde, ein von der Universität Neuenburg gelenktes wissenschaftliches Netzwerk.

Was geschieht mit Schwermetallen, die von Weizenwurzeln aus dem Boden aufgenommen werden? Wie verteilen sie sich, wenn sie im Inneren der Pflanze sind? Diesen Fragen widmete Valérie Page ihre Doktorarbeit. Die Resultate werden demnächst als Publikation in der internationalen Fachzeitschrift "Annals of Botany" erscheinen. Valérie Page untersuchte dabei nicht nur toxische Stoffe wie Cadmium, sondern wollte auch wissen, in welchen pflanzlichen Geweben sich Schwermetalle akkumulieren, die von der Pflanze im Rahmen ihrer Ernährung aufgenommen werden.

Betreut von Urs Feller, Professor am Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität Bern, verglich die junge Biologin die Aufnahme von fünf verschiedenen Schwermetallen durch Weizenkeimlinge. Drei dieser Schwermetalle (Zink, Mangan und Nickel) sind wichtige Nährstoffe. Wenn sie sich aber in zu grossen Konzentrationen in der Pflanze befinden, können sie beim Verzehr der Gesundheit von Mensch und Tier schaden oder - bei noch stärkerer Anreicherung - sogar für die Pflanze selbst eine Belastung darstellen. Daher die Notwendigkeit, den Verbleib dieser Schwermetalle zu erkunden. Die Forscherin des NFS «Überlebenserfolg von Pflanzen» verfolgte ausserdem die Wege von Kobalt, das in bestimmten Pflanzen eine wichtige Rolle bei der Stickstofffixierung spielt.

Das aus chemischer Sicht nahe mit Zink verwandte Cadmium verbreitet sich über das Xylem, ein schnelles Leitungssystem, im gesamten Pflanzenstängel. Dabei tritt es auch ins Phloem, ein langsameres Leitungssystem, über und erreicht so nicht nur die äussersten Wurzelspitzen sondern auch die wachsenden Blätter. Diese Feststellung wirft natürlich die Frage auf, ob dieser giftige Stoff auch die Weizenkörner erreicht. «Dieses Risiko besteht tatsächlich», stimmt Valérie Page zu. «Die Pflanze entwickelt sich aber nicht schnell genug, um diese Frage im Labor direkt zu untersuchen. Untersuchungen, die ich an Arabidopsis durchgeführt habe, eine auf Grund ihrer schnellen Entwicklung ausserordentlich beliebte Pflanze, zeigen tatsächlich, dass Cadmium die Samen erreicht. Bei der weissen Lupine dagegen bleibt der grösste Teil des Cadmiums in den Wurzeln und nur eine kleine Menge erreicht die Blätter. Je nach untersuchter Pflanze kann die Verteilung also sehr unterschiedlich sein.»

Besonders überzeugend an dieser Arbeit ist der Ansatz, dass parallel fünf verschiedene Elemente mit dem konsequent gleichen Versuchsprotokoll untersucht wurden, was einen zuverlässigen Vergleich ermöglicht. Die Weizenkeimlinge wurden für 24 Stunden in einen Behälter mit einem Schwermetall gesetzt, das in einer Form vorlag, die eine leichte radioaktive Strahlung abgab. Durch diese Markierung konnte die Spur des von den Wurzeln aufgenommenen Schwermetalls verfolgt werden. Dazu wurde die Pflanze auf einen Röntgenfilm gelegt, der so an jenen Stellen geschwärzt wurde, an denen das Schwermetall in der Pflanze akkumuliert worden war: in Wurzeln, Stängelbasis oder Blättern. Je stärker eine Stelle belichtet war, desto mehr Schwermetall befand sich im entsprechenden Pflanzenteil. Die jungen Keimlinge wurden auf diese Weise bis zu einem Alter von 50 Tagen in regelmässigen Abständen «fotografiert» und die Fährte der fünf Elemente so sichtbar gemacht.

*Selective Transport of Zinc, Manganese, Nickel, Cobalt and Cadmium in the Root System and Transfer to the Leaves in Young Wheat Plants. Valérie Page and Urs Felle

für mehr information

Institut für Pflanzenwissenschaften
Universität Bern
Prof. Urs Feller
Tel 031 631 4958
urs.feller(at)ips.unibe.ch

Dr. Valérie Page
valerie.page(at)ips.unibe.ch

Redaktor: Igor Chlebny