Spurenelemente für Wasserpflanzen

Essentielle Elemente

Bor

Bor ist ein essentielles Spurenelement für alle höheren Pflanzen. Auch Pflanzen mit einem sehr geringen Bor-Bedarf benötigen es zumindest zur Reproduktion.

Pflanzen reagieren auf eine Mangelversorgung mit typischen Symptomen: Die Triebspitzen sterben ab, das Wurzelsystem verkümmert (bei Rüben kommt es beispielsweise zur bekannten Herz- und Trockenfäule unter Absterben der jüngsten Blätter und des Rübenkopfes), das Gewebe wird brüchig.

Mit Hilfe der Zelldrucksonde durchgeführte Messungen an einzelnen Zellen zeigen, daß es sich dabei um sekundäre Reaktionen handelt. Primär ist dagegen bereits wenige Minuten nach Unterbrechen der Bor-Zufuhr eine vorübergehende Lockerung der Zellwand zu beobachten.

Wichtig ist vor allem die Querbeziehung zum Calcium-Stoffwechsel. Bor liegt im Apoplasten teilweise als negativ geladener, esterartiger Komplex vor. Es ist daher zu erwarten, daß unter Mangelbedingungen durch den Wegfall dieser Ladungen das Verhältnis von gebundenen zu freien Kationen (insbesondere von Calcium) verändert wird, was in der Folge zur Beeinflussung von Enzymaktivitäten führen kann. Untersuchungen an Apoplasten-Lösungen zeigen wenige Minuten nach Unterbrechen der Bor-Zufuhr eine Veränderung des freien Calciums und deuten darauf hin, daß die Bor-Komplexe durch Calcium zusätzlich stabilisiert werden.

Bor wird besonders von rasch wachsenden Pflanzenteilen benötigt. Mittels Boronat-gekoppelter Fluoreszenzfarbstoffe konnte in vivo die Verteilung von Bor-bindenden Liganden untersucht werden. Untersuchungen zeigen eine heterogene Längs- und Querverteilung solcher Liganden über die Wurzel hinweg. Besonders hohe Fluoreszenz-Intensitäten ergaben sich dabei an den Bereichen des intensivsten Längenwachstums.

Die Aufnahme des Bor erfolgt hauptsächlich als undissoziierte Borsäure und ist stark temperaturabhängig, kompetitiv wirken nur Hydroxylionen OH-, nicht aber die Anionen der Nährsalze (Nitrat, Phosphat, Sulfat). Bedingt durch die rel. gute Fett-Löslichkeit der Borsäure ist die Beweglichkeit von Bor in der Pflanze stark eingeschränkt; so leiden die Gewebe, die am meisten auf eine optimale Bor-Versorgung angewiesen sind (Wurzel- und Triebspitzen) als erstes an einem Mangel.

Chlorid

Chlorid ist ein essentieller Mikronährstoff, wenn auch der tatsächliche Gehalt in der Pflanze oft recht hoch ist. Vor allem junge, wachsende Pflanzenteile sind sehr chloridreich. Das Chlorid befindet sich dort vor allem in den Vakuolen (im Schnitt maßgeblich für 20 % des osmotischen Drucks).

Die Bedeutung des Chlorids liegt in der Funktion als Osmotisches Regulans, das Turgordruck und Stomatamechanismus maßgeblich beeinflußt.
Chloridionen sind an der Photolyse des Wassers im Photosystem II (Hill-Reaktion) als Co-Faktoren eines Mangan-haltigen Enzyms beteiligt.
Chlorid ist ferner als Co-Faktor der Asparaginsynthetase von einiger Bedeutung. (Asparagin spielt bei einigen Pflanzen als Langstreckentransport für Stickstoff eine Rolle).
Darüber hinaus sind weitere unspezifische Wirkungen auf andere Enzyme bekannt.

Chlorid-Mangel-Symptome konnten unter Freilandbedingungen bisher kaum beobachtet werden, wogegen sie in Nährlösungsversuchen leicht provoziert werden können.
Die Mangelsymptome sind dann denen des Mangan-Mangels sehr ähnlich.

Kupfer

Die Aufnahme von Kupfer erfolgt als Cu²⁺-Ion bzw. in der Form von Chelaten. Es besteht ein ausgeprägter Antagonismus zwischen Kupfer und anderen Schwermetallen, vornehmlich Eisen und Mangan. Hohe Kupfer-Spiegel können daher Eisen- und/oder Mangan-Mangel induzieren.

Die wichtigste Funktion des Kupfer ist die Beteiligung Kupfer-haltiger Enzyme an verschiedenen Redoxsystemen.

Die Tatsache, daß 70 % des Gesamt-Kupfers in stoffwechselaktiven Blättern enthalten ist, läßt vermuten, daß es direkt an der Photosynthese beteiligt ist. Das Kupferprotein Plastocyanin wird unter Beteiligung Kupfer-haltiger Phenoloxidasen gebildet. Durch einen reversiblen Übergang von Cu⁺ Cu²⁺ + e^- ist es an der Elektronenübertragung im Photosystem I beteiligt. Cu²⁺-Ionen können in einigen Pflanzen eine ähnliche Funktion wie Mn²⁺-Ionen in der photolytischen Spaltung des Wassers übernehmen.

Weitere Kupfer-haltige Enzyme finden sich vor allem im Phenolstoffwechsel, und zwar in Form verschiedener Phenoloxidasen (Tyrosinase, Diphenoloxidase, Laccase etc.). Unter Wechsel der Oxidationsstufe katalysieren sie die Reaktion Phenol Chinon.

Die Ascorbinsäureoxidase (ASO) katalysiert die Reaktion Ascorbinsäure Dehydroascorbinsäure unter Verbrauch von Glutathion und trägt so zur Regeneration der gewebeeigenen antioxidativen Systeme bei.

Weitere Beteiligungen gibt es u.a. bei der Lignifikation (Einlagerung von Lignin), bei der Alkaloidsynthese, bei der Nitratreduktion und beim Sauerstoffradikalabbau (Superoxiddismutase).

Nickel

Ni(II)-Ionen werden leicht aufgenommen, kompetierend mit anderen 2wertigen Kationen (Ca, Mn, Fe, Zn).

Nickel ist die Metallkomponente des Enzyms Urease sowie einiger Hydrogenasen in Bakterien und Leguminosen. Nickel-Mangel induziert Harnstofftoxizität, die zu „Verbrennungen” führen kann und die Proteinsynthese hemmt.

Ein altes Kosmos-Bändchen (Herrmann Römpp, Spurenelemente, Kosmos, 1954, Stuttgart, Franckh'sche Verlagshandlung) erwähnt eine sog. „Nährlösung A - Z” zur vollständigen Spurenelementeversorgung nach R.D. Hoagland (1884 - 1949), die unter anderem Zinn(II)chlorid in geringen Mengen enthält.

Nicht nachgewiesene Essentialität

In der Folge werden Elemente mit nicht nachgewiesener Essentialität besprochen.

Silizium

Das Silikatanion ist durch seine hohe Affinität zu Eisen-/Manganoxiden und -hydroxiden befähigt dort sorbierte Phosphatanionen zu mobilisieren.

Die Aufnahme erfolgt vor allem passiv in Form der undissoziierten Säure.
In der Pflanze ist die Kieselsäure relativ schwer beweglich und findet sich entweder in amorpher Form oder als Galaktoseester in den Zellwänden der Epidermis bei Monokotyledonen, dagegen im Zellinneren, sowie in Pflanzenhaaren bei Dikotyledonen.

Silizium gilt für bestimmte Kulturen (z.B. Reis) als unentbehrlich, für andere als nützlich.

Spezifische physiologische Funktionen werden seit langem gesucht, bisher aber mit wenig Erfolg.
An der Stabilisierung der Zellwände ist es sicherlich beteiligt.

Bei Siliziummangel kommt es zu einer Hemmung des Phosphateinbaus in ATP und Zuckerphosphate sowie der Ligninbiosythese.

Ein guter Silikatgehalt erhöht die Mangantoleranz durch Hemmung der Eisen- und Manganaufnahme.

Zinn

Bei Amberger finden sich keine Angaben zu Zinn.