Pflanzen entgiften den Boden und stoppen die Wüstenausbreitung

Enrico Martinoia, Mitglied des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NCCR) «Überlebenserfolg von Pflanzen» und Professor für Pflanzenbiologie der Universität Zürich, engagiert sich in einem südkoreanischen Projekt zur Entgiftung des Bodens. Sein Ziel? Über die Identifizierung der verantwortlichen Gene möchte er die Fähigkeit bestimmter Pflanzen steigern, auf verschmutzten Böden zu überleben und Schadstoffe aus kontaminierten Böden einzulagern.

Fast überall auf unserem Planeten belasten Schadstoffe unterschiedlichen Ursprungs (industrielle Abfälle, Dünger, Pestizide) die Böden. In der Landwirtschaft sind besonders die Schwermetalle Blei, Cadmium und Arsen problematisch, da sie giftig sind und sich auch in den geernteten Produkten ansammeln können. Vor rund fünfzehn Jahren entstand die Idee, speziell ausgewählte Pflanzen anzubauen, die Schwermetalle speichern können.

Diese Strategie wird als Phytoremediation bezeichnet. Sie hat den Vorteil, dass sie sehr kostengünstig und umweltschonend ist. Allerdings führt die Suche nach den für die Akkumulation erforderlichen Eigenschaften weit in die Komplexität genetischer Vorgänge. Deshalb stellen bereits Pflanzen, die einfach nur resistent gegen Schwermetalle sind, für die Forschung einen schönen Erfolg dar. Solche Pflanzen könnten auch dazu eingesetzt werden, die Ausbreitung der Wüste bei stark belasteten Böden wie zum Beispiel in China zu bremsen.

Korea finanziert Projekt
Enrico Martinoia arbeitet seit mehreren Jahren an diesem Thema, zusammen mit Youngsook Lee, Professorin an der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) in Südkorea. Aus diesem Grund nahm er mit Begeisterung ein neues Angebot der koreanischen Wissenschaftlerin für eine Zusammenarbeit an. Die Regierung in Seoul wird für die Finanzierung des gemeinsamen Projekts aufkommen, das neun Jahre dauern soll.

Enrico Martinoia hat sich mit seiner Gruppe auf das Studium des Transports von Schadstoffen auf der Ebene der Pflanzenzelle sowie auf die Toleranz von Pflanzen gegenüber Schwermetallen und Wassermangel spezialisiert. Insbesondere im Rahmen des NFS «Überlebenserfolg von Pflanzen» konnte er sich dadurch ein breites Wissen zu den so genannten ABC-Transportern aneignen. Dabei handelt es sich um Proteine, die für den Transport ganz unterschiedlicher Substanzen in die Zelle und innerhalb der Zelle verantwortlich sind. Ziel des Projekts ist es nun, den spezifisch für den Transport von Schwermetallen verantwortlichen Genen auf die Spur zu kommen.

Bessere Luft dank speziellen Pflanzen
Zu Beginn des Projekts konzentrieren sich die Forscher auf die Ackerschmalwand «Arabidopsis thaliana». Da das gesamte Erbgut dieser Modellpflanze bereits entschlüsselt ist, gestaltet sich die Suche nach den betroffenen Genen einfacher. Später sollen transgene Pflanzen entwickelt werden, welche die Schwermetalle über die Wurzeln in die Stängel und Blätter transportieren und dort einlagern. Mit derselben genetischen Methode wollen die Forschenden auch Pflanzen untersuchen, die gegenüber einem Wassermangel oder salzreichen Böden tolerant sind. Wenn solche Pflanzen in den Wüstenregionen Chinas oder der Mongolei angepflanzt würden, könnten sie in Korea, wo sich im Frühling jeweils die Sandstürme aus diesen Gebieten bemerkbar machen, zu einer reineren Luft beitragen.

Wenn die verantwortlichen Gene bei Arabidopsis klar identifiziert sind, können die entsprechenden DNA-Abschnitte mit gentechnologischen Methoden ins Erbgut der Pappel übertragen werden. Die Wahl fiel auf diesen Baum, weil er eine bedeutende Biomasse aufweist und schnell wächst, zwei entscheidende Merkmale für eine effiziente Phytoremediation. Die ersten Versuche mit gegenüber Schwermetallen toleranten Pappeln sollen 2008 in China stattfinden. Die Pappeln werden anschliessend gefällt und verbrannt, wobei die Schwermetalle in der Asche zurückbleiben. Auf diese Weise lassen sich die Schadstoffe einfacher sammeln.

Ohne Bedenken
Da die transgenen Pflanzen nicht für den Verzehr durch Mensch oder Tier vorgesehen sind, fallen gesundheitliche Bedenken weg. Auch im Hinblick auf die Umwelt ist nichts zu befürchten: Es kommen nur Pappelsorten zum Einsatz, die keine Blüten bilden. Dadurch lässt sich die Kreuzbestäubung nahe verwandter Arten ausschliessen. Die transgenen Bäume werden durch Stecklinge vermehrt. Wenn diese Arbeit gelingt, wäre dies ein bedeutender Schritt hin zur naturnahen und ökonomischen Reinigung von verunreinigten Böden.