Bundesverband der Lebensmittelchemiker/-innen im öffentlichen Dienst e.V. (BLC)

Citrat schützt vor Aluminiumvergiftung

Vorteile transgener Nutzpflanzen auf sauren Böden?

Neben Schädlingen und mangelnder Bewässerung sind Vielerorts die Bodenverhältnisse dafür verantwortlich, daß die Pflanzen keine optimalen Wachstumsbedingungen vorfinden. Für den Anbau von Naturpflanzen bedeutet dies, wesentliche niedrigere Erträge in Kauf zu nehmen. In den Tropen und Subtropen sind drastische Ertragseinbußen von bis zu 80 Prozent auf die dort weit verbreiteten säuren Böden zurückzuführen. Niedrige pH-Werte haben eine hohe Konzentration von Aluminium - eine der Hautursachen für schlechtes Pflanzenwachstum - in der Bodenlösung zur Folge. Weltweit sind bis zu 40 Prozent der landwirtschaftlichen Nutzfläche von diesem Problem betroffen.

Auch wenn der Mechanismus der Aluminiumvergiftung im Detail noch nicht erklärt ist, weiß man, daß durch hohe Aluminiumkonzentrationen vor allem das Wurzelwachstum gehemmt wird. Während zahlreiche Kulturpflanzen wie Mais oder Soja empfindlich auf Aluminium reagieren, werden einige Arten in ihrem Wachstum kaum beeinträchtigt. Sie nehmen mit ihren Wurzeln deutlich weniger Aluminium auf, so daß die toxische Wirkung ausbleibt. Wissenschaftler haben herausgefunden, daß Weizen, Bohne und Weiße Lupine organische Säuren wie Citrat oder Malat über ihre Wurzeln ausscheiden, die das im Bodenwasser gelöste Aluminium ausfällen.

Ob sich die Ausscheidung von Citrat als wirkungsvoller Schutzmechanismus auch auf andere Pflanzen übertragen läßt, haben mexikanische Molekularbiologen zunächst bei Tabak als Modellpflanze untersucht. Um in dieser Pflanze den Nitratgehalt anzuheben, pflanzte man deshalb das bakterielle Gen für ein an der Citrat-Synthese beteiligtes Enzym in die Pflanze ein. Diese sogenannte Citrat-Synthase sorgt dafür, daß im Cytoplasma der Tabakpflanzen Citrat hergestellt wird. Die Wissenschaftler wählten für ihre weiteren Versuche transgene Tabaklinien, die zwei- bis dreifach höhere Enzymaktivitäten und drei- bis zehnfach höhere Citratkonzentrationen aufwiesen.

Damit Citrat die giftigen Aluminiumionen in der Bodenlösung wirksam ausfällen kann, ist eine Abgabe in den Wurzelraum erforderlich. Die Wurzeln transgener Tabakpflanzen gaben deutlich mehr Citrat ab als Kontrollpflanzen. Mit gentechnischen Mitteln läßt sich also eine erhöhte Synthese und Freisetzung von Citrat erreichen.

Nach Zugabe von Nährlösung mit verschiedenen Aluminiumkonzentrationen verfolgten die Wissenschaftler das Wurzelwachstum. Es wurde bei den transgenen Tabaklinien selbst bei der höchsten Aluminiumkonzentration deutlich weniger gehemmt.

Diese Ergebnisse müssen nun im Freiland wiederholt und auf andere Kulturpflanzen Übertragen werden. Für Papaya liegen erste vielversprechende Ergebnisse vor, Experimente mit Mais und Reis werden bereits durchgeführt. Ob sich die Erträge auf sauren Böden mit denen anderer Bodenverhältnisse vergleichen lassen, bleibt abzuwarten. Denn viele andere Umwelt- und Bodenfaktoren können den Ertrag beeinflussen. Zudem könnte die Produktion großer Citratmengen möglicherweise auf Kosten anderer Stoffwechselwege erfolgen. Erst umfangreiche Feldversuche werden zeigen, ob sich die Hoffnungen der Wissenschaftler auf höhere Erträge erfüllen lassen.

Quelle: Science 276, 1566-1568 (1997)

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