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Lexikon der Biologie: Pflanzenernährung

Pflanzenernährung, Forschungsgebiet, das sich mit der Aufnahme und Assimilation von für Pflanzen erforderlichen Nährelementen (Nährsalze) befaßt. Pflanzen sind ortsstet und haben daher während der Evolution die Strategie entwickelt, ihre Entwicklung flexibel an ihre jeweilige Umwelt anzupassen. Der Phänotyp einer Pflanze ist daher viel stärker von einer ausreichenden Versorgung mit Licht (Lichtfaktor), Kohlendioxid, Wasser und Ionen abhängig als der von Tieren. Pflanzen erzeugen den Großteil aller organischer Verbindungen der Biosphäre aus anorganischen Molekülen (Autotrophie). Triebkraft für diese Syntheseleistung ist die aus der Photosynthese gewonnene Energie (Energiekonservierung). Neben Kohlendioxid als anorganischer Kohlenstoffquelle (Kohlenstoff) sind dabei vor allem die Elemente Stickstoff, Kalium und Phosphor wichtig. Diese Nährstoffe werden in Form anorganischer Verbindungen über die Wurzeln aus dem Boden aufgenommen. Besonders anorganischer Stickstoff in Form von Nitrat ist für das Wachstum kritisch. Unter Energieaufwand wird das Nitrat zu Ammoniumionen (Ammonium) reduziert und dann über die Glutamin-Synthetase als Aminrest in die Aminosäure- und Proteinsynthese eingeführt. Alle Proteine der Biosphäre entstammen dieser Reaktion. Stickstoff ist für alle Pflanzen nur in begrenzter Menge verfügbar (Nährstoffverfügbarkeit), und es wurden daher viele Strategien entwickelt, um die Stickstoffversorgung zu verbessern: 1) Cyanobakterien und Rhizobien (Knöllchenbakterien) sind in der Lage, atmosphärischen Stickstoff unter hohem Energieaufwand in Nitrat umzusetzen; verschiedene Pflanzen (Hülsenfrüchtler, der Schwimmfarn Azolla [Algenfarn]) haben die Strategie entwickelt, über eine Symbiose mit diesen Prokaryoten dieses Nitrat zu nutzen. 2) Die meist auf sehr stickstoffarmen Standorten vorkommenden Insektivoren (carnivore Pflanzen) locken Insekten an und beziehen den Stickstoff aus dem tierischen Protein. 3) Die Herbstfärbung vieler Laubbäume (Laubhölzer) beruht letztlich darauf, daß der Stickstoff der Aminosäure Phenylalanin mobilisiert und im Stamm gespeichert wird. Dies geschieht durch Aktivierung des Phenylpropanstoffwechsels (Phenylpropanweg), der in der Bildung der rot gefärbten Anthocyane mündet. Bäume, die ihren Stickstoffhaushalt durch Symbiose mit Stickstoff-fixierenden Organismen (Stickstoffixierung) sichern (z.B. die Erle), verzichten häufig auf die Herbstfärbung und werfen ihre Blätter grün ab (Blattfall). Neben Stickstoffverbindungen sind Phosphate als Bausteine der Nucleotide und vieler Phosphorproteine (Phosphoproteine) ein zentraler Baustein des Stoffwechsels. Kalium ist, im Gegensatz zu dem viel häufigeren Natrium (Natriumchlorid), ein Faktor, der in der Regel im "Unterschuß" vorhanden ist und z.B. für das Ionengleichgewicht an den Bio-Membranen eine wichtige Rolle spielt. Neben solchen sog. Makro(nähr)elementen oder Makronährstoffen gibt es jedoch noch eine große Zahl sog. Mikro(nähr)elemente oder Mikronährstoffe, deren Fehlen zu typischen Mangelerscheinungen (Mangelkrankheiten) führt – dazu gehören auch Spuren von Metallen wie Eisen, Nickel, Zink, Aluminium, Kupfer oder Molybdän, die in größeren Mengen toxisch wirken. Viele dieser Spurenelemente sind Teile metallorganischer Komplexe, die als Cofaktoren von Enzymen oder als prosthetische Gruppen von Proteinen eine Rolle spielen. Für viele Mikroelemente ist jedoch unklar, wofür sie benötigt werden. Eine genaue Kenntnis der Pflanzenernährung ist vor allem landwirtschaftlich bedeutsam ( ä vgl. Infobox ), da je nach Bodenart die fehlenden Elemente über Düngung (Dünger) zugefügt werden müssen, um die Erträge zu sichern. Die Entwicklung der pflanzlichen Gewebe-Kultur (und damit die Herstellung transgener Pflanzen) beruht ebenfalls auf einer genauen Kenntnis der Pflanzenernährung. biologisches Relativitätsgesetz, Bodenfruchtbarkeit, Ernährung, Ertragsgesetz, Mineralstoffe (Tab.), Minimumgesetz, Mitscherlich-Gesetz, Nährsalze (Tab.), Nährstoffbilanz, Nährstoffimmobilisation, Nährstoffhaushalt, Nährstoffverhältnis, Optimumgesetz.

P.N.

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