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Lexikon der Biologie: Metalltoleranz bei Pflanzen

Metalltoleranz bei Pflanzen, Fähigkeit Niederer und Höherer Pflanzen, hohe natürliche oder anthropogen verursachte Konzentrationen von Metallionen (Metalle) im Boden (Schwermetallböden) bzw. im Wasser zu tolerieren. Metallionen, die in geringen Mengen als essentielle Nährsalze (essentielle Nahrungsbestandteile) fungieren, z.B. Kupfer, Kobalt, Nickel, Zink, sowie Schwermetalle, z.B. Silber, Cadmium, Blei, Quecksilber, sind in höheren Konzentrationen cytotoxisch (Cytotoxine, Cytotoxizität). Da Pflanzen eine Aufnahme zu großer Mengen oder generell toxischer Metallionen nicht verhindern können, sind zelluläre Mechanismen nötig, die es ihnen ermöglichen, toxische Mengen an Metallionen zu entgiften (Entgiftung), d.h. dem Stoffwechsel zu entziehen. Dies erlaubt es den Pflanzen, sich je nach Adaptationsfähigkeit mit der Zeit an Standorte mit unterschiedlich hohem Gehalt an Metallionen anzupassen. Dabei können multiple Resistenzen gegenüber präsenten Metallen ausgeprägt werden, seltener eine potentielle Metalltoleranz gegenüber aktuell nicht präsenten Metallen (Co-Toleranz). Weiterhin gibt es Pflanzen mit konstitutiver Toleranz, d.h., auch bei Wachstum unter unbelasteten Bedingungen entwickeln diese Pflanzen Metalltoleranz. Es zeigt sich, daß Metalltoleranz ganz unterschiedliche genetische Grundlagen haben kann. Dementsprechend kann man mindestens 3 verschiedene Strategien zur Erzielung von Metalltoleranz unterscheiden: 1) Ausschluß in den Zellwandraum durch aktiven Export bzw. reduzierten Import und/oder Bindung an Zellwand-Polymere, 2) Kompartimentierung in Vakuolen, 3) Chelatbildung (Chelate) mit Peptiden und Proteinen (Metallothioneine). Bestimmte Pflanzenarten („Hyperakkumulatoren“) können in ihrem Gewebe hohe Konzentrationen von Schwermetallen ansammeln und werden dafür eingesetzt, verseuchte Böden zu entgiften (Bioremediation, Phytoremediation). Von landwirtschaftlichem Interesse ist vor allem auch die Aluminiumtoleranz (Aluminium), da bei Bodenansäuerung (Bodenreaktion) infolge des sauren Regens toxische Aluminiumionen freigesetzt werden. Davon sind weltweit etwa 30% der Nutzfläche betroffen, vor allem in den tropischen Ländern. Schwermetallresistenz.

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