Mit Pflanzenzüchtung gegen Umweltgift

Über Gemüse und Getreide gelangt Cadmium in unsere Nahrung. Das Umweltgift reichert sich im menschlichen Körper an und kann Krebs, Nierenversagen und Osteoporose auslösen. Die Pflanzenzüchtung könnte den Cadmium-Gehalt in Essen und Böden reduzieren, sagen Forscher. In einer Metastudie haben sie untersucht, wie der Stoff vom Boden in die Pflanze kommt und wie sich dies verhindern lässt.

Das Schwermetall Cadmium ist ein weit verbreitetes Umweltgift. Cadmium gelangt über verunreinigten Phosphordünger, Dung, Abwasser und als Bestandteil von Batterien, Kunststoffen und Halbleitern in den Boden und wird dort von Pflanzen aufgenommen. Selbst kleine Mengen des Stoffs können langfristig zu schweren Erkrankungen wie Nierenversagen, Krebs und Osteoporose führen. Cadmium reichert sich in der Niere an und wird nur sehr langsam abgebaut. Die Halbwertszeit beträgt 10 bis 30 Jahre. 

Gemüse und Getreide sind Hauptquellen

Die Europäische Lebensmittelsicherheitsbehörde EFSA schätzt, dass ein durchschnittlicher Europäer pro Woche etwa einer Menge von 2,5 Mikrogramm Cadmium pro Kilogramm Körpergewicht ausgesetzt ist. Dies entspricht etwa dem Wert, den Experten für gerade noch tolerierbar halten. Die EFSA betont jedoch, dass auch eine geringere Menge bereits gesundheitsschädlich sein kann. Einen Grenzwert für eine noch gesundheitlich vertretbare Cadmiummenge gebe es nicht. 

90% des Cadmiums, das jeder Erwachsene im Schnitt aufnimmt, stammt aus pflanzlicher Nahrung – vor allem aus Getreide, Gemüse, Nüssen und Kartoffeln.

Warum nicht Pflanzen züchten, die weniger Cadmium enthalten?

Mittels Pflanzenzüchtung ließe sich der Cadmiumgehalt in der Nahrung verringern, meint ein internationales Forscherteam. Die Wissenschaftler gingen in einer Metastudie der Frage nach, wie das schädliche Cadmium aus dem Boden in unsere Nahrung gelangt. Sorten mit wenig Cadmium in den essbaren Pflanzenteilen könnten das Risiko einer Vergiftung verringern. Pflanzen, die viel Cadmium aufnehmen und speichern, könnten zur Sanierung kontaminierter Böden eingesetzt werden. Die Züchtung ist jedoch nicht trivial. Voraussetzung hierfür ist das Wissen, wie Nutzpflanzen Cadmium aus dem Boden aufnehmen, wie der Stoff innerhalb der Pflanzen transportiert und wo er gespeichert wird. 

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Vom Boden in die Pflanze in den Menschen

In ihrer Metastudie analysierten die Forscher Studien zu den molekularen und genetischen Mechanismen der Cadmium-Bioakkumulation in Reis, Weizen und Kartoffeln. Bevorzugt wurden Studien, die Pflanzen Cadmiumkonzentrationen aussetzten, die realistisch für Natur und Landwirtschaft sind. 

Die Studien zeigen, dass die Cadmium-Speicherkapazität innerhalb sowie zwischen verschiedenen Arten erheblich variiert. In den Samen von Hartweizen (Triticum durum) fanden die Wissenschaftler deutlich höhere Cadmium-Konzentrationen als in Weichweizen (Triticum aestivum). Einige Linien transportierten das Cadmium effizienter – ihre Samen enthielten mehr Cadmium als andere Linien, obwohl sich die Aufnahme in den Wurzeln nicht unterschied. Einen Großteil dieser natürlichen Variation können Differenzen im Transport von der Wurzel in den Spross erklären, so die Forscher. Studien mit Kartoffeln ergaben, dass vor allem die kommerziell genutzten Arten viel Cadmium speicherten. Besonders viele Studien untersuchten Reisvarietäten mit unterschiedlichem Cadmiumgehalt. Ein weiterer Einflussfaktor ist der Boden. Die Mobilität des Cadmium im Boden hängt z.B. ab vom pH-Wert, dem Ton- und Humusgehalt und dem Düngungsniveau des Bodens (vgl. Müller 1999: Schadstoffe im Boden).

Die Reisforschung hat bereits einige Genomabschnitte (QTLs) bzw. Gene identifiziert, die für die Cadmiumaufnahme in die Wurzel, den Transport im Xylem und die Speicherung im Reiskorn verantwortlich sind. Diese Gene können nun für die Marker gestützte Selektion besonders Cadmium armer Arten genutzt werden. Eine wichtige Rolle bei diesem Prozess spielen auch bestimmte Bindungsmoleküle im pflanzlichen Gewebe z.B. Schwefel-, Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen sowie eine Reihe von Transportproteinen. 

Auf die Ernährung kommt es an

Mehr Getreide und Gemüse bedeutet auch mehr Cadmium, daher sind Vegetarier im Schnitt höheren Dosen des Gifts ausgesetzt. Auch Kinder, Diabetiker, junge Frauen und Raucher zählen zur Risikogruppe. Kinder nehmen im Schnitt dreimal mehr Cadmium auf als Erwachsene. Diabetiker sind generell anfälliger für Nierenleiden. Raucher nehmen über den Zigarettenrauch zusätzlich zur Nahrung auch Cadmium aus Tabakblättern auf. Junge Frauen haben häufig einen Eisenmangel, wodurch sie empfindlicher auf Cadmium reagieren. Der Mikronährstoffgehalt der Nahrung wirkt sich direkt auf die Bioverfügbarkeit und damit die Cadmiumaufnahme aus. Die Forscher schlagen daher vor, wichtige Nahrungspflanzen wie Reis, die von Natur aus wenige Mikronährstoffe enthalten, mittels Biofortifikation gezielt mit Eisen und Zink anzureichern. Aber auch gentechnische und klassisch züchterische Versuche laufen bereits, um entsprechende Reissorten zu entwickeln.

Mit Wissen zur Züchtung

Die Forschung ist in den letzten Jahren einen großen Schritt voran gekommen: So konnten am Beispiel von Reis und einigen Modellpflanzen mit hoher Metallanreicherung wie Hallersche Schaumkresse (Arabidopsis halleri) und Gebirgs-Hellerkraut (Noccaea caerulescens) einzelne Signalwege der Cadmiumanreicherung in Pflanzen entschlüsselt werden. Zukünftig sollte verstärkt auch an weiteren Nahrungspflanzen wie Weizen und Kartoffeln geforscht werden, fordern die Wissenschaftler. Die natürliche Variation des Cadmiumgehalts gibt zwar noch Rätsel auf, für die Pflanzenzüchtung ist sie jedoch ein Gewinn. Variiert der Cadmiumgehalt innerhalb einer Art stark, so ist es wahrscheinlicher, dass Forscher in dieser natürlichen genetischen Vielfalt Allele finden, die eine geringe Cadmiumanreicherung begünstigen ohne die Fitness oder den Nährwert der Sorte negativ zu beeinträchtigen.