Pflanzen verwenden eine Vielzahl von Pigmenten, um die Farben ihrer Blütenblätter zu erzeugen. Diese Pigmente sind komplexe Chemikalien. Wenn die Pflanze keinen Zugang zu den richtigen Nährstoffen hat, leiden ihre Blüten. Doch welche Nährstoffe sind die richtigen Nährstoffe? Krawatten Ausma und Kollegen untersuchten die Auswirkungen einer Schwefel-, Stickstoff- und Phosphorbegrenzung auf verschiedene Blütenmerkmale.
Schwefel ist ein oft übersehener Nährstoff. Oft liest man von N für Stickstoff, P für Phosphor und manchmal K für Kalium, aber nicht so sehr für S. In einer E-Mail an Botany One sagte Co-Autor Casper van der Kooi: „Schwefel wird in der Tat oft übersehen Nährstoff, insbesondere im Vergleich zu dem Umfang der Forschung zu P und N. Viele landwirtschaftliche Flächen leiden ebenfalls unter S-Mangel, aber sein Auftreten und seine Ursachen sind weitgehend unbekannt, so dass auch viele Landwirte nichts davon wissen.“
Der Erstautor Ties Ausma fügte hinzu, dass er kürzlich mit Landwirten gesprochen habe, die solche ungewöhnlich geformten Blüten in ihren Rapsernten haben, aber sie wussten nicht, dass dies durch Schwefelmangel verursacht werden könnte. „Außerdem verwenden die Landwirte zunehmend S-freie Düngemittel anstelle der früher üblichen Frischmist, was zusammen mit einer erhöhten Bestandsdichte auf den landwirtschaftlichen Feldern den Mangel nur verschärft.“
Ein Team aus Groningen, Graz und Köln hat Experimente durchgeführt, um zu sehen, wie Nährstoffmängel, einschließlich Schwefel, die Blütenentwicklung und die Polleneigenschaften beeinflussen. Zwei der Pflanzen, Brassica-Rapa (die Art, die unter anderem Rüben und Bok Choy produziert) und Physalis Philadelphia (Tomatillo) haben gelbe Blüten.
„Im Allgemeinen werden gelbe Farben durch Carotinoide, weiße Blüten durch Flavonole und blaue, violette und rote Farben durch Anthocyanin-Pigmente erzeugt.“ van der Kooi schreibt in einem anderen kürzlich erschienenen Artikel. Es wäre also hilfreich, einige Pflanzen mit verschiedenfarbigen Blüten zu untersuchen. Das Team umfasste auch drei Petunie Arten in ihren Prüfungen, Petunia nyctaginiflora, P. exserta und P. integrifolia. Diese Pflanzen lieferten weiße, violette und rote Blüten. Auf diese Weise sollte klar sein, wenn ein Nährstoffmangel nur die Produktion eines Pigmentsatzes verhindert hat.
Die Methode für das Experiment ist interessant. Nachdem sich die ersten Nicht-Kotyledonen-Blätter gebildet hatten, überführte das Team die Sämlinge in einen anderen Behälter mit Nährlösung. Alle Sämlinge verbrachten eine Woche in dieser Lösung. Dann schreiben die Autoren in ihrer Arbeit: „Nach der Bildung der ersten Blütenknospen, das war nach 7 Tagen, wurden die Pflanzen in eine frische 25 %ige Hoagland-Nährlösung mit 0.5 mM (+S, schwefelreich) oder 0 mM überführt Sulfat (-S, schwefelarm).“ Der Schwefelstress trat also in einem späten Stadium auf, und es ist kein großer Unterschied in der Schwefelkonzentration. Das hat einen guten Grund, schreiben Ausma und van der Kooi in ihrer E-Mail.
„Wichtig ist, dass die Pflanzen wie auf dem Feld einen Schwefelmangel erreichen, aber nicht sterben. Mit anderen Worten, wir haben milden Schwefelstress angewendet, weil die Pflanzen bei hohem Stress überhaupt nicht blühen. Es gibt keine lineare Reaktion zwischen der S-Verfügbarkeit und den beobachteten Problemen, wir kennen die genauen Schwellenwerte nicht.“
Wie sieht eine unglückliche Pflanze aus? Wenn es gelbe Blüten hat, dann sind diese Blüten ohne Schwefel blasser. Auch wenn sie nicht auf gelbes Pigment setzen, ohne Schwefel läuft es schlecht. Die Blüten sind kleiner und eher seltsam geformt. Die Blumen sehen für uns vielleicht nicht richtig aus, aber die menschliche Meinung spielt keine große Rolle. Stattdessen ist es wichtig, was die Bestäuber sehen, und das Team verwendete auch Visionsmodellierung, um dies herauszufinden. Sie entdeckten, dass das Insekt viel kleinere und viel weniger bunte gelbe Blüten sehen würde. Das ist wichtig, weil es ein Signal ist, das die Pflanze an den Bestäuber sendet.
Ausma und Kollegen verweisen auf Schnug und Hanklaus, der fand, dass nach der Bestäubung B. Rapa Blumen verblassen und schrumpfen, um für Bienen weniger sichtbar zu werden. Auf diese Weise kann die Pflanze die Bienen zu den Blumen leiten, die bestäubt werden müssen, und weg von den Blumen, die jetzt damit beschäftigt sind, Samen zu bilden. Ausma und Kollegen weisen darauf hin, dass, wenn einige B. Rapa Blumen sind vorgeschrumpft und verblasst, sie werden die Zielgruppe verwirren.
Sie können auch eine Wirkung auf Pollen in sehen B. Rapa. Die Pollenmenge ist die gleiche, aber die Größe ist viel kleiner. Ausma und Kollegen argumentieren, dass nicht nur schwefelarme Blüten weniger wirksam sind, sondern auch die Pollen in ihnen weniger wirksam sind, was die Wirkung des Schwefelmangels verstärkt. Das könne auch bei den Bestäubern anklopfen, schreiben die Botaniker. „Bestäuber benötigen ein bestimmtes Verhältnis von Mineralnährstoffen in ihrer (Pollen-)Nahrung … und Schwefelentzug beeinflusste diese Verhältnisse in Pollen, da es den Pollenschwefel- und Kaliumgehalt bei verschiedenen Arten drastisch verringerte … Experimente mit Osmia bicornis zeigten, dass die Fitness der Bienen besonders durch geringe Mengen an Mineralien – einschließlich Kalium (Filipiak, 2019) – was darauf hindeutet, dass sich Schwefelmangel tatsächlich negativ auf Bestäuber auswirkt.“
Wenn Schwefelmangel ein solches Problem ist, ist es ein weiteres Rätsel Warum schauen sich die Leute es jetzt an und nicht früher? Eine mögliche Antwort ist, dass die Welt ein besserer Ort ist als sie war, was einigen Pflanzen Probleme bereitet. Insbesondere gibt es viel weniger sauren Regen. Emissionen von Schwefeldioxid würden mit Wasser reagieren, um Schwefelsäure hinzuzufügen, um sauren Regen zu erzeugen. In seiner E-Mail schreibt van der Kooi: „Aufgrund des Verschwindens von saurem Regen ist die S-Konzentration um Pflanzen herum geringer. Dies ist aus vielen Gründen vorteilhaft, insbesondere in Naturschutzgebieten, aber insbesondere bei einigen Nutzpflanzenarten Brassica spp, die viel S benötigen, können leiden. Derzeit gibt es in der westlichen Welt fast kein S mehr in unserer Atmosphäre.“
Luit De Kok, einer der Co-Autoren, war auch Co-Autor eines anderen Artikels, der sich mit diesem Problem befasste. Diese Abhandlung von Tahereh Aghajanzadeh und Kollegen fand das heraus Brassica juncea und Brassica-Rapa H verwenden könnte2S und SO2 über die Blätter aufgenommen.
Es wirft die Möglichkeit auf, dass ein Grund, warum Schwefel übersehen wurde, darin besteht, dass wir ihn in der Vergangenheit ausgiebig hinzugefügt haben, ohne es zu bemerken. Wie viel? Eine erstaunliche Tatsache in der Veröffentlichung von Ausma und Kollegen ist, dass bis zu 50 % der deutschen Wälder unter Schwefelmangel leiden können. Sie haben auch Beweise dafür, dass 50 % der landwirtschaftlichen Flächen in den USA schwefelarm sind, und zitieren Forschungsergebnisse, die zeigen, wie Schwefeldüngung dazu beitragen kann, den Saatertrag in Großbritannien zu steigern.
Während dies wie ein landwirtschaftliches Problem aussehen mag, schreiben Ausma und Kollegen in ihrer Schlussfolgerung, dass es viel mehr Interesse als den Menschen an den Pflanzen auf den Feldern gibt. „[Unsere] Studie ebnet den Weg für Studien darüber, wie sich Schwefelmangel auf die Fitness von Pflanzen, Bestäubern und Organismen auf unterschiedliche Weise auswirkt trophische Ebenen, um schließlich ein besseres Verständnis der Bottom-up-Auswirkungen von Nährstoffmangel auf das Funktionieren des gesamten (Agrar-)Ökosystems zu erhalten.“
FORSCHUNGSARTIKEL
Ausma, T., Bansal, V., Kraaij, M., Verloop, ACM, Gasperl, A., Müller, M., Kopriva, S., De Kok, LJ, van der Kooi, CJ, 2021. Blumenarrangements leiden durch Schwefelentzug. Umwelt- und experimentelle Botanik. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2021.104656
