Auswirkungen von Kupfermangel auf Pflanzenwachstum und -entwicklung
Kupfer (Cu) ist ein essenzieller Mikronährstoff für die pflanzliche, tierische und menschliche Gesundheit. Es ist ein wichtiger redoxaktiver Kofaktor bei biologischen Prozessen in Lebewesen, in übermäßiger Konzentration jedoch toxisch. Pflanzen reagieren zudem empfindlich auf die Bioverfügbarkeit von Kupfer in Böden. Da sie einen der wichtigsten Eintrittspunkte von Mikronährstoffen in Nahrungsketten darstellen, übertragen sich ihre Nährstoffmängel bzw. -überschüsse oft auf die Verbraucherinnen und Verbraucher. „Deshalb ist es unerlässlich, die Regulationsmechanismen der Kupferaufnahme in und Kupferverteilung an essbare Pflanzengewebe zu entschlüsseln“, erklärt María Teresa Lafuente, die Koordinatorin des EU-finanzierten Projektes TOMACOP. In Europa sind 1,2 Millionen Quadratkilometer der kultivierten Böden als möglicherweise von einem Mangel an bioverfügbarem Kupfer betroffen eingestuft. Um einen Kupfermangel auszugleichen, werden Böden mit Cu-angereicherten Düngemitteln versetzt. Diese Strategie ist zwar ertragreich, bringt jedoch beträchtliche Umweltkosten mit sich. „Ausgehend von dieser Faktenlage nahm sich TOMACOP mit Unterstützung durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen zum Ziel, zu charakterisieren, wie sich der Anbau von Tomatenpflanzen bei suboptimaler Kupferverfügbarkeit und ohne Einsatz von kupferbasierten Düngemitteln auf das Pflanzenwachstum und den Ernteertrag auswirkt“, erläutert Lafuente. Das Projekt untersuchte außerdem den Nährstoffgehalt der geernteten Früchte, um die Auswirkungen einer nachhaltigen und umweltfreundlichen Landwirtschaft auf die menschliche Ernährung bewerten zu können. „Die Idee für TOMACOP stammt ursprünglich von Paco Romero, einem Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiat, der in gleichen Teilen an der Entwicklung des Projekts beteiligt war und sie betreute“, fügt Lafuente hinzu.
Ermittlung der Auswirkungen von Kupfermangel
„Wir stellten fest, dass die Reaktion auf Stress durch Kupfermangel in den untersuchten Pflanzengeweben, also Wurzel, Stiel, Blatt und Frucht, unterschiedlich reguliert wird“, erklärt Romero. TOMACOP fand außerdem heraus, dass sich der Anbau von Tomatenpflanzen bei Kupfermangel erheblich auf die Fruchtanfälligkeit auswirkt, sodass sie eine physiologische Erkrankung entwickeln – den sogenannten Fruchtriss. Dabei platzt die Schale oder Kutikula auf, was die Frucht durch ihr Aussehen unvermarktbar macht, ihre Haltbarkeit reduziert und die Anfälligkeit für Pilzinfektionen erhöht. „Diese Krankheit ist bei zahlreichen Nutzpflanzen verbreitet und in der Zucht wird die Rissfestigkeit inzwischen als wünschenswertes Pflanzenmerkmal angestrebt“, betont Romero. Unter den experimentellen Bedingungen des Projekts zeigten Tomaten von gut gewässerten Pflanzen, die bei Kupfermangel angebaut wurden, eine wesentlich höhere Inzidenz von Fruchtrissen als Tomaten von Kontrollpflanzen, die mit optimalem Kupfergehalt angebaut wurden (70 % gegenüber 15 %). „Damit konnte zum ersten Mal die Bedeutung dieses Mikronährstoffes im Zusammenhang mit dieser Krankheit demonstriert werden. Der Kupfermangel erweist sich daher als experimentelles Werkzeug, um Fruchtrisse systematisch und reproduzierbar zu provozieren und so die an der Regulation dieser Krankheit beteiligten Mechanismen in einer Umgebung zu erforschen, in der Schwankungen bei der Wasserversorgung nicht die Krankheitsursache darstellen“, bestätigt Romero.
Neue Perspektiven
Die Ergebnisse von TOMACOP haben mehrere Forschungslinien eröffnet. „Wir bewegen uns zum Beispiel auf ein besseres Verständnis darüber zu, durch welche molekularen Mechanismen die Kupferhomöostase mit der Anfälligkeit gegenüber Krankheitsbefall und Fruchtriss in Zusammenhang steht. Beides wirkt sich deutlich auf die Marktfähigkeit der Früchte, die Akzeptanz der Verbraucherinnen und Verbraucher sowie die Lebensmittelverschwendung aus“, so Romero abschließend. Das Projektteam wird den Einfluss eines kupferbasierten, düngemittel- und pestizidfreien Anbaus auf den Nährstoffgehalt und die Nachernteleistung von Tomatenfrüchten bewerten und im Anschluss daran Lösungen erarbeiten, die die nachteiligen Auswirkungen dieser umweltfreundlichen Form der Landwirtschaft minimieren.
Schlüsselbegriffe
TOMACOP, Kupfermangel, Fruchtriss, Tomatenpflanzen, kupferbasierte Düngemittel, Tomatenpflanzen, Cu-basierte Düngemittel, Nährstoffgehalt, Nährstoffversorgung von Früchten
