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Botanik: Kohlendioxid-Konzentrationen hemmen Nitrat-Verarbeitung in Pflanzen

Versuchsanlage
Pflanzen, die unter höheren CO2-Konzentrationen als der aktuellen wachsen, können das Nitratangebot ihrer Umgebung schlechter nutzen. Verantwortlich dafür ist offenbar, dass die Nitrat-Assimilation und die so genannte Fotorespiration oder Lichtatmung eng gekoppelt sind, fanden Forscher um Shimon Rachmilevitch von der Universität von Kalifornien in Davis heraus. Dieser Prozess, durch den ein Teil der Fotosynthese-Ausbeute wieder verloren geht, wird bei höheren Kohlendioxid-Gehalten gebremst.

Die Wissenschaftler hatten die Stickstoff-Aufnahme und dessen Verwertung in pflanzlicher Biomasse bei Schößlingen der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) und Weizen verfolgt. Dabei stellten sie fest, dass bei niedriger Sauerstoff-Versorgung, insbesondere aber bei erhöhten CO2-Gehalten, die Pflanzen weniger Nitrat aufnahmen und in Form organischer Stickstoff-Verbindungen in den Trieben einlagerten.

Die Lichtatmung ist ein Konkurrenzprozess zur Fotosynthese, da das verantwortliche Enzym Rubisco entweder die Reaktion von Ribulose-1,5-Bisphosphat mit Sauerstoff bei der Fotorespiration oder mit Kohlendioxid bei der Fotosynthese katalysiert. Welcher Prozess abläuft, hängt vom Verhältnis der beiden möglichen gasförmigen Reaktionspartner ab: Bei niedrigen O2- oder hohen CO2-Gehalten überwiegt die Fotosynthese. Die Lichtatmung, die unter heutigen Bedingungen bis zu 25 Prozent der Fotosynthese wieder zunichte macht, wird häufig als Überbleibsel der Evolution betrachtet, da sich die Pflanzen unter höheren Kohlendioxid- und niedrigeren Sauerstoff-Gehalten in der Atmosphäre entwickelt hatten.

Die Forscher schlagen verschiedene Wege vor, wie Fotorespiration und Stickstoff-Assimilation zusammenhängen. Dazu gehört unter anderem ein erschwerter Transport von Nitrit in die Chloroplasten aufgrund von pH-Änderungen durch erhöhte CO2-Konzentrationen im Zytoplasma sowie Energieträger liefernde Stoffwechselwege im Rahmen der Fotorespiration, welche für die Nitrat-Assimilitation eingesetzt werden können.

Das Ergebnis könnte erklären, warum Pflanzen nach einer kurzen Phase verstärkten Wachstums bei erhöhten CO2-Gehalten meist wieder auf ein niedrigeres Niveau zurückschrauben. Und sie sind vor allem für die Pflanzenzüchtung von Bedeutung: Hier wird inzwischen versucht, durch verschiedene Methoden die Fotorespiration zu begrenzen. Sollte damit aber auch die Nitrat-Assimilation gehemmt werden, dürfte der erhoffte Zuwachs ausbleiben.

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