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Lexikon der Biologie: Eisenaufnahme bei Pflanzen

Eisenaufnahme bei Pflanzen, Mobilisierung und Aufnahme des essentiellen Makronährelements Eisen (Fe) über das pflanzliche Wurzelsystem. Eisen ist für Pflanzen in freier ionischer Form nur als Eisen(II) (Fe2+) durch die Plasmamembran aufnehmbar. Im Boden liegt Eisen jedoch fast ausnahmslos in der oxidierten Form (Fe3+) vor und ist zudem in schwerlöslichen Verbindungen wie Eisenhydroxid (Fe(OH)3), Eisen(III)-Oxiden oder Eisen-Phytaten festgelegt. Eisen muß deshalb vor der Aufnahme mobilisiert und entweder reduziert und als Fe2+ aufgenommen oder in Form spezifischer Chelate als Fe3+ in die Zelle transportiert werden. Hierfür stehen Pflanzen sowohl unspezifische konstitutive als auch spezifische adaptive Mechanismen zur Verfügung, die im wesentlichen in den Wurzelspitzen zur Wirkung kommen. Zu den konstitutiven Mechanismen gehören eine pH-Erniedrigung der Bodenlösung durch bevorzugte Aufnahme von Kationen (im Austausch gegen Protonen) oder durch Sekretion von organischen Säuren und die Abgabe eisenmobilisierender, chelatbildender Metaboliten (Bodenreaktion). Dies fördert u. a. die Freisetzung von Eisen im Boden und ermöglicht die Reduktion zu Fe(II) durch die Eisen(III)-Chelat-Reductase. Die adaptiven spezifischen Mechanismen treten bedarfsweise und reversibel bei Eisenmangel in Kraft. Es lassen sich hierbei zwei Strategien unterscheiden. Strategie 1 bei Dikotylen und Monokotylen außer den Süßgräsern (Gramineen): gesteigerte Fe(III)-Reduktion an der Wurzeloberfläche durch die induzierte Eisen(III)-Chelat-Reductase, unterstützt durch eine erhöhte Sekretion von Protonen einerseits (Plasmamembran-H+-ATPase) und von phenolischen Substanzen andererseits (z. B. Kaffeesäure), die entweder reduzierend (Fe3+

Fe2+) oder eisenchelatierend wirken. Dies steigert die Freisetzung von Eisen im Boden und die Reduktion zu Fe(II) durch die Eisen(III)-Chelat-Reductase. Strategie 2 bei Süßgräsern: Sekretion von Phytosiderophoren, hochaffinen Eisen-mobilisierenden Chelatbildnern, die bei Eisenmangel vermehrt synthetisiert und sekretiert werden. Nach Bindung von Eisen(III) werden sie als Fe-Phytosiderophoren durch ein spezifisches Transportsystem wieder in die Zellen aufgenommen. Die extrazelluläre Reduktion von Fe3+ spielt bei dieser Strategie kaum eine Rolle, ebenso wie der pH-Wert. In allen Pflanzen wird das Eisen in der Regel als Fe(III) an Phosphat oder organische Säuren gebunden weitertransportiert und auch metabolisiert.

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