Stress-Stoffwechsel: Wie Pflanzen auf Schwermetalle reagieren

Giftige Schwermetalle wie Uran, Cadmium und Blei stören bereits in geringen Konzentrationen den Stoffwechsel von Pflanzen erheblich. Sie reagieren „gestresst“, bilden mehr spezifische Aminosäuren und Folgeprodukte als Schutz und haben ein geringeres Wachstum und verminderte Erträge. Diese Prozesse haben nun Ernährungswissenschaftler um Prof. Dr. Hans Bergmann an der Universität Jena an Gerste, Weizen sowie weiteren Nahrungs- und Wildpflanzen näher untersucht. Die Forscher stellten fest, dass auch so genannte essenzielle Schwermetalle wie Zink, Mangan, Kupfer und Nickel, die als Spurenelemente im natürlichen Stoffwechsel durchaus benötigt werden, in erhöhten Dosen eine ähnliche Wirkung verursachen.

Trockenheit, Bodenversauerung und -versalzung – z. B. durch Fehler in der Landbewirtschaftung – verstärken diese Effekte zusätzlich. „Grundsätzlich werden Schwermetalle, die die Pflanzen über den Boden aufnehmen, im pflanzlichen Organismus verkapselt deponiert. Sie bleiben also in den Pflanzenzellen gespeichert und gelangen so in die Nahrungskette des Menschen“, erklärt Prof. Bergmann. Für die Landwirtschaft in Deutschland sieht er aber aufgrund der vorsichtig definierten Grenzwerte etwa für die Klärschlamm-Düngung keine Gefahren für die Verbraucher, wichtiger seien seine Forschungsergebnisse für Entwicklungsländer. Bergmann und seine Mitstreiter forschten an ihren Test-Pflanzen vor allem nach Stoffwechselprodukten, die typisch für die natürliche Stressantwort auf giftige Schwermetalle bzw. auf ein Überangebot an Schwermetallen sind. Phytochelatine und Aminosäuren wie N-Trimethylglycin umschließen die Schwermetall-Ionen, so dass diese ihre zerstörerische Wirkung nicht entfalten können.

Sicher „verpackt“ lagern die Pflanzen die deaktivierten Gifte dann in den Zellen ab. Amine wie Putrescin und Spermin arbeiten quasi als „Schutztruppen“, um Schäden an den Zellmembranen und den Chromosomen durch Schwermetalle zu verhindern. „Das bedeutet aber, dass die für diesen Stressstoffwechsel benutzten Aminosäuren als Grundbaustoffe des Lebens nicht mehr zur Verfügung stehen“, erläutert Bergmann. „Und natürlich wird dabei auch einiges an Energie verbraucht.“ Die Folge: Das Wachstum der Pflanzen ist erheblich gebremst. Und als Nahrungsmittel mag Bergmann sie nicht nur wegen der im Übermaß gespeicherten Schwermetalle weniger empfehlen, sondern auch aufgrund der veränderten Zusammensetzung an Stoffwechselprodukten.

Gemeinsam mit Doktoranden hat der Lebensmittelkundler zuletzt Projekte in Ägypten und Indien betreut. „Dort kommen praktisch alle schädlichen Faktoren zusammen: hohe Trockenheit, Bodenerosion, allmählich versalzende oder versauernde Böden und – durch unzureichend kontrollierte Industrie-Emissionen verursacht – ein erhöhter Schwermetalleintrag“, so der Jenaer Professor. Langfristig erkennt er darin zunehmende Risiken für die Welternährungslage. Bergmann: „Gerade Entwicklungsländer kommen um wirksame Umweltschutzprogramme nicht herum, die natürlich zugleich wichtige Aspekte des Verbraucherschutzes beinhalten.“

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Hans Bergmann
Institut für Ernährungswissenschaften der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Tel.: 03641/949701, Fax: 949702
E-Mail: Bergmann@mampf.ieu.uni-jena.de

Literatur: Amino Acids 2001; 20(3): 325-9

Friedrich-Schiller-Universität Jena
Dr. Wolfgang Hirsch
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