Einfluß von Schwefel aus H2S und SO2 bei Fichten und Kohl

Das vorliegende Forschungsvorhaben soll im Rahmen des COST Projektes 829, "Fundamental, Agronomical and Environmental Aspects of Sulfur Nutrition and Assimilation in Plants", durchgeführt werden. Schwefel ist ein essentielles Element für die Entwicklung von Pflanzen, er ist aber auch ein Teil von bedeutenden Luftschadstoffen. Ein Mangel führt nicht nur zu reduzierten Erträgen, sondern bedingt auch einen Qualitätsverlust bei Kulturpflanzen. Die wichtigste Schwefelquelle ist das Sulfat. In letzter Zeit gewannen auch andere schwefelhaltige Verbindungen wie SO 2 , H2 S oder schwefelhaltige Düngemittel an Bedeutung. Auf der anderen Seite sind diese Luftschadstoffe vor allem für Waldbäume toxisch. Schwefeldioxid ist als klassischer Luftschadstoff verantwortlich für Waldschäden und wirkt ertragsmindernd bei Kulturpflanzen, vor allem in der Nähe von industriellen Ballungsgebieten. Obwohl die phytotoxischen Effekte von SO 2 schon seit einigen Jahren intensiver untersucht werden, sind die genauen Abläufe der Pflanzenschädigungen noch unklar. Die physiologischen Gründe für die sowohl wachstumsmindernden als auch wachstumsfördernden Einflüsse von H2 S sind noch größtenteils unbekannt. Um die physiologischen Auswirkungen eines erhöhten Gehaltes von Thiolen zu untersuchen wird sowohl der Gesamtschwefel als auch der Sulfat- und Thiolgehalt gemessen. Das Ziel dieses Projektes ist es, den Weg des Schwefels, der über radioaktiv markiertem H 2 35S und 35SO 2 eingebracht wird, zu verfolgen. Da Unterschiede zwischen Bäumen und krautigen Pflanzen zu erwarten sind, werden Fichten (Picea abies (L.) Karst.), als ein Beispiel für Bäume mit geringem Schwefelbedarf aber einer hohen Anfälligkeit für Schwefelschädigungen, und Kohl (Brassica oleracea L.), als krautige Pflanze mit hohem Schwefelbedarf, untersucht. Diese Untersuchungen sollen Erkenntnisse über den Ursprung der aufgenommenen Schwefelkomponenten, das relative Verhältnis der verschiedenen Entgiftungswege und der Neuverteilung und des Transportes von reduzierten Schwefelverbindungen, sowohl in krautigen Pflanzen als auch in Bäumen, bringen.

Die Problemstellung dieses Projektes bestand darin, die verschiedenen Möglichkeiten der Schwefelversorgung, aus der Luft- bzw. Nährlösung bei gleichzeitigem Vorhandensein in ihrer Verwertbarkeit für Pflanzen abzuschätzen. Dabei kam einem möglichen unterschiedlichen Verhalten von Sproß und Wurzel bzw. einer Regulation der Aufnahme besondere Bedeutung zu. Diese Untersuchungen wurden mittels markiertem Sulfat in der Nährlösung und verschiedenen Begasungen mit H2 S bzw. SO 2 an einer krautigen (Brassica) und holzigen Pflanze (Picea) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen deutlich den Einfluß der Schwefelbegasungen (H2 S und SO 2 ) auf den Schwefelstoffwechsel der Pflanzen. Die im Antrag aufgeworfenen Fragestellungen konnten ausreichend beantwortet werden. Entgiftung durch Sulfatbildung Der Entgiftungsprozess durch Sulfatbildung findet sowohl bei H2 S-Begasung als auch bei SO 2 -Begasung insbesondere in Sprossen statt. Bei den Wurzeln ist kaum ein Begasungseffekt festzustellen. Die Schwefelquelle der Wurzeln ist hauptsächlich das Sulfat aus der Nährlösung. Im Prinzip sind diese Reaktionen bei krautigen Versuchspflanzen (Brassica) und den Bäumen (Picea abies) gleich. Allerdings sind bei den letzteren die Effekte aufgrund der notwendigen längeren Behandlung (geringere Aufnahmeraten!) nicht immer so klar sichtbar. Entstehung von schwefelhaltigen Komponenten bei der Begasung Auch diese Frage kann für beide Versuchspflanzen in gleicher Weise beantwortet werden, wenn auch die Fichte aufgrund der etwas längeren Versuchsdauer wieder etwas differenziert reagiert. In den Sprossen ist ein starker Anstieg an schwefelhaltigen Komponenten bei H2 S-Begasung festzustellen gewesen, viel weniger deutlich hingegen bei SO 2 . Die Schwefelquelle für die Thiole bestand bei H2 S-Begasung zum geringeren Teil (z.B. bei Kohl 10 %) aus der Nährlösung, bei SO 2 hingegen zu einem wesentlich höheren Betrag (z.B. Kohl 50 %). In den Wurzeln ist der Thiolanstieg nur gering, aber deutlicher hingegen bei der Fichte, wobei die Schwefelquelle hauptsächlich die Nährlösung ist. Es sind also signifikante Unterschiede zwischen dem Sproß und den Wurzeln in der Verwendung von Schwefel aus den unterschiedlichen Schwefelquellen festzustellen gewesen. Klar ergibt sich allerdings auch, dass krautige (Brassica) und holzige Pflanzen (Picea) in gleicher Weise, allerdings mit unterschiedlicher Intensität reagieren. Neuverteilung von reduzierten Schwefelkomponenten Unter Berücksichtigung der spezifischen Radioaktivität war es auch möglich, die Herkunft der einzelnen Komponenten festzustellen. Eine Erhöhung der Thiole (unmarkiert) in den Wurzeln bei gleichzeitiger geringer spezifischer Radioaktivität (Aufnahme aus der Nährlösung) deutet einwandfrei auf einen Transport vom Sproß zu den Wurzeln. Ein solcher konnte bei beiden Pflanzen und bei beiden Begasungsarten festgestellt werden. H2 S hatte stets einen größeren Einfluß als SO 2 . Zusätzlich können überdies folgende Ergebnisse gewonnen werden: Es muß in den Wurzeln auch eine S-Reduktion stattfinden. Der Transport Wurzel-Sproß wird durch das Xylem-loading reguliert. Die Sulfataufnahme der Wurzeln wird kaum durch gleichzeitige Begasung (H2 S oder SO 2 ) beeinflußt.