Germany
March 8, 2007
Max-Planck-Forscher und ihre
Kollegen von der Universität Potsdam finden Hinweise auf eine
Methode zur effektiveren Züchtung von "Energiepflanzen"
Steigende
Kohlendioxidkonzentrationen der Atmosphäre und die Abnahme
fossiler Brennstoffvorräte wie Erdöl, Erdgas oder Kohle zwingen
dazu, andere Möglichkeiten der Energiegewinnung zu erschließen.
Neben den regenerativen Energien, wie Windkraft, Erdwärme oder
Sonnenenergie, bieten sich Pflanzen zur Energiegewinnung an, da
sie in der Lage sind das Sonnenlicht zur Bildung energiereicher
organischer Stoffe zu nutzen unter vorübergehender Festlegung
von Kohlendioxid. Für die Züchtung solcher "Energiepflanzen"
wäre es von entscheidender Bedeutung, bereits frühzeitig ihr
Ertragspotenzial zu erkennen - so z.B. bei Bäumen. Im Zuge von
Untersuchungen zur Regulation von Wachstumsprozessen konnten
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für molekulare
Pflanzenphysiologie und der Universität Potsdam bei der
Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) eine Reihe von
Inhaltsstoffen identifizieren, die in einem engen Zusammenhang
zum Biomasseertrag der Pflanzen standen. Die Ergebnisse der
vorliegenden Arbeit weisen darauf hin, dass die Analyse von
Inhaltsstoffmustern zu Ertragsvorhersagen genutzt werden könnte
(PNAS, 5. März 2007).
Pflanzen sind in der Lage mit
Hilfe des Sonnenlichts im Zuge der Fotosynthese alle organischen
Stoffe aufzubauen, die sie für ihre Entwicklung und ihr Wachstum
benötigen. Die Zunahme an Biomasse hängt somit vom Fotosynthese-
bzw. dem Stoffaufbauvermögen der Pflanze ab. Welche Stoffe, in
welcher Menge gebildet werden, ist verknüpft mit Umweltfaktoren,
wie Lichtmenge, Wasser- und Nährstoffangebot, aber auch mit
Schädlingsbefall. Die Pflanze muss die vorhandenen Ressourcen
für die Bildung von Biomasse, Reservestoffen zur Überbrückung
von Mangelperioden oder Stoffen zur Schädlingsabwehr optimal
nutzen. Dies setzt eine ziemlich straffe Regulation und
Steuerung des Stoffaufbaus voraus.
Es stellt sich die Frage, wie und
wodurch die Pflanze das Wachstum steuert. Wissenschaftler vom
Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie und der
Universität Potsdam wollten darauf eine Antwort finden. Dazu
nutzen sie eine große Zahl genetisch gut charakterisierter
Linien des Modellpflanzensystems der Ackerschmalwand
(Arabidopsis thaliana), die sich durch große Unterschiede im
Wachstum auszeichneten, so dass der Zusammenhang zwischen
Wachstum und Inhaltsstoffzusammensetzung gut untersucht werden
konnte.
Bekannt war bereits, dass die in
Pflanzen gebildeten Inhaltsstoffe, wie z.B. Zucker, als Signale
für Wachstumsänderungen wirken können. Deshalb lag es nahe zu
vermuten, dass es einen Zusammenhang zwischen der Art und Menge
von Inhaltsstoffen und dem Wachstum von Pflanzen gibt. Die
Forscher ernteten die oberirdischen Pflanzenteile und trennten
die Proben mittels Gaschromatographie nach ihren Bestandteilen
auf. Daran anschließend wurde über eine Massenspektrometrie Art
und Menge der Einzelbestandteile bestimmt, wie z.B. verschiedene
Zucker, Säuren und Eiweißbestandteile.
Für die weiteren Auswertungen
wurden diejenigen Inhaltsstoffe betrachtet, die in 85 Prozent
der Proben analysiert werden konnten. Diese
Inhaltsstoffzusammensetzung wurde in Beziehung zum
Biomasseertrag der jeweiligen Pflanzen gesetzt. "Es zeigte sich,
dass zwischen der Inhaltsstoffzusammensetzung und der Biomasse
eine enge Beziehung besteht, die es ermöglicht, den
Biomasseertrag vorauszusagen", erklärt Rhonda Meyer.
Sollte sich auch in anderen
Pflanzenbeständen ein Zusammenhang zwischen der
Inhaltsstoffzusammensetzung junger Pflanzen und ihrem späteren
Biomasseertrag zeigen, so hätte man mit diesem Analyseverfahren,
dem sogenannten Metabolitenprofiling, eine hochwirksame Methode
gefunden, um bereits im frühen Stadium der Pflanzenentwicklung
Voraussagen über die Biomasseproduktion einer Pflanze zu
treffen.: "Eine solche Möglichkeit würde die Züchtung von
Energiepflanzen, also Pflanzen, die zur Produktion von Biomasse
genutzt werden, revolutionieren," konstatiert die
Wissenschaftlerin.
Originalveröffentlichung:
The metabolic signature related to high plant growth rate in
Arabidospsis thaliana
Rhonda C. Meyer, Matthias Steinfath, Jan Lisec, Martina
Becher, Hanna Witucka-Wall, Ottó Törjék, Oliver Fiehn, Änne
Eckhardt, Lothar Willmitzer, Joachim Selbig, Thomas Altmann
PNAS, 5. März 2007 |
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