Eisentoxizität

Eisentoxizität bezeichnet in der Botanik eine Belastung von Pflanzen durch eine übermäßige Aufnahme von Eisenverbindungen aufgrund einer hohen Konzentration im Boden.

Eisen ist ein essentielles Spurenelement in pflanzlichen Organismen. Es beeinflusst die Photosynthese sowie die Bildung von Chlorophyll und Kohlenhydraten.^[1] Liegt Eisen jedoch im Boden in hoher Konzentration vor, in einer für Pflanzen resorbierbaren löslichen Form, so kann die Eisenüberladung zur Schädigung der Pflanze führen. Eisentoxizität äußert sich durch Braun-, Bronze- bis Gelbverfärbung der älteren Blätter, beginnend an den Spitzen der Blattoberflächen.

Ursachen

In Böden liegt Eisen bei normalen pH-Werten als Eisen(III)-hydroxid Fe(OH)₃ vor. Unter anaeroben Bedingungen, also bei geringem Sauerstoffgehalt des Bodens, zum Beispiel durch Bodenverdichtung oder durch emerse Bedingungen, wird Eisen(III) (Fe³⁺) zu Eisen(II) (Fe²⁺) reduziert. Dadurch wird das Eisen in eine lösliche, für die Pflanze verfügbare Form gebracht.^[2]

$\mathrm{Fe(OH)_3 + 3 \ H^+ + e^-\longrightarrow Fe^{2+} + 3 \ H_2O}$

Innerhalb der Pflanzenzelle löst eine erhöhte Anreicherung von Fe²⁺ gemäß der Fenton-Reaktion die Bildung reaktiver Sauerstoffradikale aus.^[3]

$\mathrm{Fe^{2+} + H_2O_2\longrightarrow Fe^{3+} + \cdot OH + OH^{-}}$ (Fenton-Reaktion)

Diese reaktive Sauerstoffspezies führen in der Zelle zu oxidativem Stress und zu einer Schädigung der zellulären und extrazellulären Makromoleküle. Eisentoxizität ist besonders in Reisanbaugebieten bekannt.^[2] Pflanzen, die an aquatische Standorte angepasst sind, haben Schutzsysteme entwickelt, die eine Oxidation von Eisen ermöglichen, um dadurch Eisentoxizität zu vermeiden.

Anwendung

Pflanzen ohne Abschlussgewebe, wie Moose und Flechten, reagieren besonders empfindlich auf erhöhte Eisen(II)-konzentration. Daher werden Fe²⁺-haltige Herbizide zur Abtötung dieser Pflanzen angewandt.

Siehe auch

• Zum Eisenstoffwechsel im menschlichen Organismus siehe Eisen-Stoffwechsel.

Literatur

• Mathias Becker, Folkard Asch: Iron toxicity in rice, conditions and management concepts, In: Journal of Plant Nutrition and Soil Science, Bd. 168, 2005, S. 558−573
• Günter Fellenberg: Chemie der Umweltbelastung, 3. Aufl., Verlag B. G. Teubner, Stuttgart 1997, ISBN 3-519-23510-2
• Klaus Prade: Einfluss der Nährstoffversorgung auf die Eisentoxizität bei Nassreis (Oryza sativa L.) in der Basse Casamance, Senegal, Diss., Hochschulverlag Freiburg (Breisgau) 1987, ISBN 3-8107-2220-0

Einzelnachweise

1. ↑ J. Falbe, M. Regitz (Hrsg.): Römpp Chemie Lexikon, 9. Aufl., Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1992
2. ↑ ^{a b} Günter Fellenberg: Chemie der Umweltbelastung, 3. Aufl., Verlag B. G. Teubner, Stuttgart 1997, S. 158
3. ↑ Ulrich Eckhardt: Untersuchungen zur Eisenassimilation in Pflanzen, Diss., Humboldt-Universität, Berlin 2000