Raues Hornblatt

Arsen sammelt sich bei Pflanzen im Zellkern

Durch menschliche Aktivitäten steigt die Arsenkonzentration in Böden, und in vielen Ländern – insbesondere auf dem indischen Subkontinent – ist die Arsenkonzentration im Grundwasser problematisch.

Arsen

Arsenverteilung in der Blatthaut | Mishra et al., Journal of Experimental Botany, CC-BY-3.0

Giftiges Arsen sammelt sich bei Pflanzen zunächst im Zellkern. Das zeigt eine Röntgenuntersuchung der Wasserpflanze Raues Hornblatt (Ceratophyllum demersum) an DESYs-Röntgenlichtquelle PETRA III. Schon bei vergleichsweise geringer Konzentration überschwemmt das Arsen auch die Vakuole, einen mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum, der nahezu den gesamten Innenraum der Zelle einnimmt. Das haben Forscher um Prof. Hendrik Küpper von der Tschechischen Akademie der Wissenschaften und der Südböhmischen Universität in Budweis (Tschechien) in einem Projekt herausgefunden, das Dr. Seema Mishra (jetzt am National Botanical Research Institute in Lucknow, Indien) in Küppers Gruppe etabliert hatte.

Das hochgiftige Arsen ist weltweit ein wachsendes Umwelt- und Gesundheitsproblem. Durch menschliche Aktivitäten steigt die Arsenkonzentration in Böden, und in vielen Ländern – insbesondere auf dem indischen Subkontinent – ist die Arsenkonzentration im Grundwasser problematisch. Dort ist Arsen natürlicherweise im Boden vorhanden, wurde aber durch Brunnenbohrungen und andere Eingriffe des Menschen in den Boden in den vergangenen Jahrzehnten viel mobiler und so ins Trinkwasser ausgewaschen.

Bei Menschen kann Arsen unter anderem zu Krebs, Absterben ganzer Körperregionen sowie akutem Nieren- und Kreislaufversagen führen. Auch für Pflanzen ist das Halbmetall giftig. Es wird vom selben Transportmechanismus aufgenommen wie das lebenswichtige Phosphor und hemmt schon weit unterhalb der tödlichen Dosis das Pflanzenwachstum und damit den Ertrag von Nutzpflanzen.

„Außerdem essen natürlich auch Menschen Pflanzen und verfüttern sie an Nutztiere, so dass sich das Arsen anreichert und am Ende irgendwann beim Menschen landet“, erläutert Küpper das Problem. „Mit unserer Analyse wollten wir genauer untersuchen, wie die Arsenvergiftung in Pflanzen abläuft“, ergänzt Ko-Autor Dr. Gerald Falkenberg von DESY, Leiter der Messstation P06, an der die Versuche stattfanden.

Das Raue Hornblatt ist nach Worten der Forscher für Metalle eine Indikatorart, deren Untersuchung sich meist gut auf andere Arten übertragen lässt. Die Forscher setzten die untersuchte Pflanze Arsenkonzentrationen von einem und fünf Mikromol pro Liter aus und durchleuchteten anschließend mit dem fein gebündelten Röntgenstrahl von PETRA III die Blätter.

 „Mit PETRA III konnten wir zum ersten Mal in die einzelnen Pflanzenzellen hineinsehen“, berichtet Küpper. „So konnten wir das Arsen in der Zelle genauer lokalisieren – schließlich ist es nicht egal, ob es etwa in der Zellwand sitzt oder in der Vakuole.“ In künftigen Untersuchungen wollen die Forscher nun herausfinden, was das Arsen im Zellkern bewirkt. „Vermutlich gibt es Erbgutschäden“, erläutert Küpper. So könnte Arsen im Erbgut den Phosphor ersetzen.

Entnommen aus: MTA Dialog, Heft 8/2016