Schützt Nitrat Pflanzen vor Überflutungsschäden?

Viele landwirtschaftliche Nutzpflanzen bleiben im Wachstum zurück, wenn sie für längere Zeit unter Wasser stehen oder an Stellen wachsen, an denen sich die Nässe staut. Ob dieses Problem mit Hilfe der Nitratdüngung gelöst werden kann, erforschen Botaniker von der Universität Würzburg.

Jeder Landwirt kennt das Problem: Gibt es auf einem Feld flache Mulden, dann führt heftiger Regen dazu, dass sich überflutete Stellen bilden, die sich oft tagelang halten. Auch wenn der Boden an diesen Stellen längst wieder trocken geworden ist, bleiben die negativen Folgen der Überflutung sichtbar, manchmal sogar noch zur Erntezeit: Die Pflanzen sind im Vergleich zu ihren nicht überfluteten Nachbarn deutlich im Wachstum zurückgeblieben – sofern sie den „Wasserstress“ überlebt haben. Auch so mancher Blumenfreund produziert ungewollt ähnlichen Stress für seine Lieblinge, indem er sie zu stark gießt.

Das Grundproblem ist in beiden Fällen das gleiche: Wie alle lebenden Gewebe brauchen auch Wurzeln für ihre Zellatmung viel Sauerstoff. Dieser gelangt aus der Luft in den Boden und zu den Wurzeln. In nassen Böden ist die Sauerstoffbewegung stark verlangsamt – die Wurzeln leiden unter Sauerstoff- und damit letzten Endes unter Energiemangel. Sie können dann nur noch schlecht Nährstoffe aufnehmen und werden anfällig für Krankheitserreger.
Pflanzen, die eine Überflutung aushalten können, vermeiden den Sauerstoffmangel, indem sie wie mit einem Schnorchel Luft durch Kanäle von den Blättern bis in die Wurzeln leiten. Aber auch bei den nicht derart angepassten Gewächsen, zu denen die meisten Kulturpflanzen gehören, sind die Zellen für alle Fälle mit einer „Notatmung“ ausgerüstet, der so genannten Gärung. Dabei werden die Kohlenhydrate in Abwesenheit von Sauerstoff nicht vollständig abgebaut: Statt Kohlendioxid entstehen als immer noch sehr energiereiche Endprodukte Alkohol und Milchsäure. Beide sind aber in hohen Konzentrationen nicht sehr gesund für die Wurzeln und können – zusammen mit einer Ansäuerung – sogar zum Tod der Zellen führen.

Doch für dieses Problem gibt es möglicherweise Abhilfe: „Aus der landwirtschaftlichen Praxis kommen immer wieder Hinweise, dass eine hohe Nitratdüngung Pflanzen Überflutungsphasen leichter überstehen lässt“, so der Würzburger Botaniker Prof. Dr. Werner Kaiser. Die Hintergründe dafür seien unklar. Es werde jedoch spekuliert, dass das Nitrat – ähnlich wie bei Bakterien – auch in den Wurzeln der höheren Pflanzen als Alternative zum Sauerstoff fungiert und eine minimale Energieversorgung ermöglicht, ohne dass zu viel giftiger Alkohol oder Milchsäure angehäuft werden.

Ob das tatsächlich so ist, welche Reaktionen dabei im Detail ablaufen und wie diese Reaktionen von den Zellen kontrolliert werden, untersuchen die Forscher um Prof. Kaiser am Lehrstuhl für Botanik I (Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik). Bei ihrem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt kommen auch genetisch veränderte Pflanzen zum Einsatz.

Weitere Informationen: Prof. Dr. Werner M. Kaiser, T (0931) 888-6120, Fax (0931) 888-6157, E-Mail: kaiser@botanik.uni-wuerzburg.de