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Forschung & Technik
26.03.2019

Nährstofftransport: Abkürzung durch die Pflanze

Professor Dr. Nicolaus von Wirén und eine Forschergruppe des IPK Gatersleben haben die Effizienz der Transportwege experimentell untersucht. Foto: Julie-Sophie Himpel, IPK Gaterleben

Pflanzen nutzen verschiedene Wege

Der Weg von Nährstoffen in Triebe, Blätter und Früchte führt über die Aufnahme durch die Wurzel und den anschließenden Transport in andere Pflanzenteile. Dafür stehen den Pflanzen zwei Transportwege zur Verfügung: Der Weg von Zelle zu Zelle, auch symplastischer Weg genannt, und der apoplastische Weg durch wassergefüllte Zellzwischenräume. Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben haben herausgefunden, wann welcher der beiden Wege der bessere ist.

In beiden Fällen wird die Nährstoffversorgung aktiv von Transportproteinen gesteuert. Einer der Hauptnährstoffe, Stickstoff, wird unter anderem zur Synthese von Proteinen benötigt. Fehlt er, hungern und sterben Pflanzen. Ertragseinbußen sind die Folge. Bevorzugte Stickstoffquelle der Pflanzen ist das Ammonium. Dafür besitzen sie gleich mehrere Ammoniumtransporter (AMTs), die die Aufnahme über die Wurzeln steuern.

Wann lohnt sich welcher Weg?

Eine Forschergruppe des IPK um Professor Dr. Nicolaus von Wirén hat die Effizienz beider Transportwege experimentell untersucht. Die Wissenschaftler haben herausgefunden, dass bei schlechter Nährstoffversorgung der symplastische Weg von Zelle zu Zelle bevorzugt wird, weil er zunächst die Wurzel mit Stickstoff versorgt. Sobald ausreichend Stickstoff vorhanden ist, wird der apoplastische Versorgungsweg über die Zellzwischenräume effizienter, der das Ammonium schneller in Spross und Blätter bringt. Die Bedeutung der beiden Transportwege ist naheliegend: Bei Nährstoffmangel kann der wenige Stickstoff für unterirdische Wachstumsprozesse genutzt werden, die es der Wurzel erlauben, neue Nährstoffdepots im Boden zu erschließen. Ist reichlich Ammonium vorhanden, wird mehr in den Aufbau von oberirdischen Pflanzenorganen investiert, die unter anderem die Photosynthese verbessern. Davon profitieren wiederum die Wurzeln.

Düngeverfahren optimieren Aufnahme

Mit ressourcenschonenden und umweltfreundlichen Düngungsmethoden, wie zum Beispiel der Ablage von Ammoniumphosphat in Düngebändern, lassen sich Nährstoffe direkt im Wurzelraum platzieren. Für die effiziente Aufnahme solch lokal hoher Nährstoffmengen sind dann endodermale Transporter für Ammonium verantwortlich. Unter Berücksichtigung bestimmter Gene und einer züchterischen Anpassung von Wurzeleigenschaften an geringere Düngemengen ließe sich die Nährstoffversorgung der Pflanzen auch bei reduzierter Aufwandmenge optimieren.

Quellen: IPK / Gabot.de

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