34.18: Schlüsselelemente der Pflanzenernährung

Wie alle lebenden Organismen benötigen Pflanzen organische und anorganische Nährstoffe, um zu überleben, sich zu vermehren, zu wachsen und die Homöostase zu halten. Um Nährstoffe zu identifizieren, die für pflanzliche Funktionen unerlässlich sind, haben nutzten Forscher eine Technik namens Hydroponik. In hydroponischen Kultursystemen werden Pflanzen – ohne Boden – durch mit Nährstoffe versetzten wasserbasierten Lösungen genährt. Dadurch wurden schon 17 Nährstoffe als wesentliche Elemente für das pflanzliche Wachstum identifiziert. Pflanzen beziehen diese Elemente aus der Atmosphäre, dem Boden, in dem sie verwurzelt sind, und Wasser.

Neun dieser essentiellen Nährstoffe –zusammengefasst die Makronährstoffe– werden von Pflanzen in größeren Mengen benötigt. Zu den Makronährstoffen zählen Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Kalzium, Magnesium und Kalium. Kritische pflanzliche Verbindungen wie Wasser, Proteine, Nukleinsäuren und Kohlenhydrate enthalten Makronährstoffe. Makronährstoffe regulieren auch zelluläre Prozesse. Zum Beispiel reguliert Kalium das Öffnen und Schließen der Stomata für den Gasaustausch.

Pflanzen benötigen Mikronährstoffe in kleineren Mengen. Dazu gehören Chlor, Eisen, Mangan, Bor, Zink, Kupfer, Nickel und Molybdän. Viele Mikronährstoffe fungieren als Kofaktoren, die die Aktivität von Enzymen ermöglichen. Daher sind Pflanzen ohne Mikronährstoffe nicht in der Lage, kritische Funktionen auszuführen.

Eine Pflanze, die einen essentiellen Nährstoffmangel aufweist, kann Symptome wie trockene und vergilbte Blätter aufweisen. Alte und junge Blätter sind anfällig für deutliche Nährstoffmangel. Zum Beispiel sind die jüngeren Blätter einer Pflanze oft stärker von einem Eisenmangel betroffen als die älteren Blätter.

Die wirksame Behandlung eines Nährstoffmangels in Pflanzen ist ein integraler Bestandteil der landwirtschaftlichen und ökologischen Praktiken. Beispielsweise werden optische Sensoren verwendet, um den Stickstoffgehalt im Boden zu messen. Stickstoff ist für Pflanzen von entscheidender Bedeutung, aber der übermäßige Einsatz von stickstoffhaltigen Düngemitteln (d. h. die Aufrechterhaltung des Stickstoffgehalts im Boden, der über das hinausgeht, was die Pflanzen absorbieren können) wirkt sich negativ auf die Funktion des Ökosystems aus und kann zur globalen Erwärmung beitragen.