Herausfinden, wie Pflanzen den Stickstoffverbrauch kontrollieren

Einblicke in Gen- und Proteinkontrollsysteme, die die Verwendung von Stickstoff durch Pflanzenwurzeln regulieren, könnten dazu beitragen, Nutzpflanzen zu entwickeln, die weniger stickstoffhaltige Düngemittel benötigen, um akzeptable Erträge zu erzielen. Der Pflanzenbiochemiker Soichi Kojima und Kollegen von der Tohoku-Universität diskutieren ihre Ergebnisse und Zukunftspläne in einem Artikel in der Zeitschrift Grenzen in der Pflanzenwissenschaft.

Stickstoff ist ein so wichtiger Nährstoff für Pflanzen, dass weltweit große Mengen stickstoffhaltiger Düngemittel auf Ackerland ausgebracht werden. Diese Düngemittel enthalten Stickstoff meist als Ammoniumionen (NH4+), die chemische Form, in der Stickstoff am ehesten von Pflanzenwurzeln aufgenommen wird. Überschüssiger Stickstoff im Boden und im Abfluss in Seen und Flüsse verursacht jedoch ernsthafte ökologische Ungleichgewichte, einschließlich Algenblüten, die Wasser entziehen und Fische und andere Wasserlebewesen töten.

„Eines der wichtigsten Ziele der modernen Agrarforschung ist es, Pflanzen zu entwickeln, die gesund wachsen können, ohne auf so viel zugesetzten Stickstoff angewiesen zu sein“, sagt Kojima. Er fügt hinzu, dass hinter diesem Ziel auch erhebliche wirtschaftliche und ökologische Anreize stehen, und weist darauf hin, dass „derzeit Energie aus großen Mengen fossiler Brennstoffe benötigt wird, um Stickstoff in der Luft in Ammonium für Düngemittel umzuwandeln“.

Die Forscher arbeiteten mit der kleinen Blütenpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), einer häufigen Art, die für Laborstudien in der Pflanzenwissenschaft verwendet wird.

„Zusammengenommen zeigen unsere Ergebnisse auf genetischer Ebene regulatorische Mechanismen, die wirken, wenn Pflanzen stickstoffhaltige Düngemittel in ihren Wurzeln verwenden“, sagt Kojima.

Der nächste Schritt des Teams besteht darin, festzustellen, ob die Prozesse, die sie in Arabidopsis identifiziert haben, von anderen Pflanzenarten geteilt werden, insbesondere von wichtigen Nutzpflanzen wie Reis und anderem Getreide. Wenn dies bestätigt wird, könnte dies Pflanzenzüchtern und Genetikern die Möglichkeit eröffnen, Pflanzen zu erzeugen, die möglicherweise viel weniger Düngemittel benötigen und dennoch die Erträge produzieren, die zur Ernährung der Welt erforderlich sind. Die Steigerung der Produktion oder Aktivität der Aminosäure-bildenden Enzyme könnte der Schlüssel zum Erfolg sein.