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Süße Frucht auf salziger Erde
Pressemitteilung vom 09.08.2001


Nach einem Bericht des Wissenschaftsjournalisten Joachim Müller-Jung, ist die Biotechnologie offenbar auf dem besten Wege, ein uraltes Dilemma der Landwirtschaft zu lösen. Es geht um die Frage, wie sich die von der Versalzung bedrohten Flächen für den Anbau von Nutzpflanzen retten lassen. Jedes Jahr gehen nach Schätzungen von Agrarexperten etwa zehn Millionen Hektar für die Landwirtschaft verloren, weil die Böden durch falsches und übermäßiges Bewässern zu stark mit Ionen – insbesondere mit Natrium- und Chloridionen – belastet sind. Jetzt haben Wissenschaftler der Universitäten in Toronto und Davis/Kalifornien mit einem verblüffend einfachen Eingriff in das Erbgut von Tomaten eine Möglichkeit aufgezeigt, wie man Kulturpflanzen so umrüsten kann, dass sie auf versalzter Erde gedeihen.

Seit mehr als zwei Jahrzehnten versuchten Wissenschaftler zu klären, wie es einige Gewächse schaffen, auf Böden zu überleben, die mitunter ebenso viele Salzionen enthalten wie Meerwasser. Auf den bewässerten Flächen wird das Salz mit dem Wasser in die Erde eingetragen. Unweigerlich reichert es sich in den obersten Bodenschichten an. Für die meisten Pflanzen bedeutet das eine zweifache Belastung: Einmal in den Organismus aufgenommen, greifen die Salzionen direkt in den Zellstoffwechsel ein und bringen diesen, wenn sie sich anhäufen, in bedrohliche Unordnung. Aber auch die im Boden angereicherten Salzionen schädigten die Pflanzen, weil sie einen osmotischen Druck erzeugen. Das Salz in der Erde bindet das Wasser und kann damit buchstäblich ein Verdursten der Pflanzen verursachen.

Trotzdem kommen eine ganze Reihe von Gewächsen mit diesen schwierigen Verhältnissen zurecht. Sie verfügen über zelluläre Mechanismen, mit denen sie den vom Salz erzeugten osmotischen Druck gleichsam neutralisieren. Alle Versuche, diese natürliche Salztoleranz in die wichtigsten Nutzpflanzen einzukreuzen, sind bislang weitgehend fehlgeschlagen. Auch die Genforscher kamen lange mit ihren künstlich erzeugten Mutanten nicht richtig voran. Ihnen war es zwar gelungen, mehr als ein Dutzend Gene und Genprodukte zu identifizieren, die bei verschiedenen salztoleranten Pflanzen eine Rolle spielen. Aber ein durchschlagender Erfolg blieb auch den Biotechnologen verwehrt. Bis vor kurzem herrschte bei den Wissenschaftlern die Überzeugung vor, dass an dem Phänomen möglicherweise zu viele Stoffwechselprozesse und damit Erbanlagen beteiligt sind. Mit der Veränderung eines einzigen Gens wäre dann wahrscheinlich überhaupt nichts zu erreichen.

Diese Auffassung wird in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift „Nature Biotechnology“ (Bd. 19,S. 765) von Eduardo Blumwald und Hong-Xia Zhang widerlegt. Die beiden Forscher zeigen, dass eine Salztoleranz sehr wohl mit einem einzelnen gentechnischen Eingriff erzeugt werden kann. In ihren Labors in Toronto und Davis haben sie in Tomaten ein Gen eingeschleust, das sie vor etwa zwei Jahren aus einer salztoleranten Unkrautpflanze, Arapitopsis thaliana, isoliert hatten. Dieses Gen enthält die Information für ein bestimmtes Transportprotein, eine „Natrium-Protonen-Antiport“. Diese dient als Ionen-Pumpe, die in der Hülle der Zellvakuolen verankert ist. Die Vakuolen sind winzige abgeschlossene Bläschen innerhalb der Pflanzenzellen, die mit Flüssigkeit und allerhand Substanzen – oft auch Farbstoffen – gefüllt sind.

Vor knapp zwei Jahren haben die Wissenschaftler beobachtet, dass diese Vakuolen bei den salztoleranten Arabidopsis-Pflanzen reichlich mit Salzionen gefüllt sind. Offenbar können die in den Vakuolenhüllen verankerten Pumpen die Salze aus dem Innern der Pflanzenzelle „herausfiltern“ und damit unschädlich machen. Dieses Prinzip hat man sich jetzt bei der Herstellung der salztoleranten Tomaten zunutze gemacht. Die künstlich eingebrachten Salzpumpen haben sich bei den Nutzpflanzen als überaus effektiv erwiesen. Sie transportierten die Natriumionen siebenmal so schnell wie bei gewöhnlichen Tomaten aus dem Zellinnern in die Vakuolen. Im Gewächshaus der Universität von Toronto entwickelten sich die Pflanzen ganz normal, obwohl das zur Bewässerung verwendete Wasser fünfzigmal mehr Salze enthielt als üblich. Selbst bei Natrium- und Chlorid-Konzentrationen von 200 Millimol, ein Wert, der etwa einem Drittel von Meerwasser entspricht, gediehen die Tomaten bestens. Zur Überraschung der Forscher schmeckten die reifen Früchte selbst keineswegs salzig, sondern süß wie andere Tomaten der gleichen Sorte. Tatsächlich werden die überschüssigen Ionen allein in den Blättern und Stilen deponiert.

Ob die ausgesprochen salztoleranten Tomaten Nachfolger haben werden, bleibt abzuwarten. Es wäre nicht das erste Mal, dass ein Eingriff bei anderen Arten oder Familien wirkungslos bleibt. Gelänge er auch bei Getreide und den anderen wichtigen Kulturpflanzen, wäre nicht nur der Landwirtschaft, sondern auch dem Umwelt- und Naturschutz enorm gedient. Denn die bewässerten und damit unweigerlich der Versalzung anheimgestellten – und am Ende brachliegenden – Agrarflächen nehmen laufend zu. Heute stammen schon fast 40 Prozent der Ernten aus Gebieten, die wegen Wassermangels intensiv bewässert werden müssen. Salztolerantere Nutzflächen erlaubten es schließlich eines Tages vielleicht sogar, bislang brachliegende und für den Naturschutz uninteressante Böden in Meeresnähe urbar zu machen.

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