Nanotechnologie bei Pflanzen

Grünere Landwirtschaft oder Sicherheitsrisiko?

10.05.2016 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Die Nanotechnologie wird als Schlüsseltechnologie der Zukunft gepriesen. Zurecht? (Bildquelle: © iStock.com/ Hiob)
Die Nanotechnologie wird als Schlüsseltechnologie der Zukunft gepriesen. Zurecht? (Bildquelle: © iStock.com/ Hiob)

Ist die Nanotechnologie der Schlüssel zu einer zukunftsfähigen Landwirtschaft? Die neuen Methoden haben zweifelsohne Potential, doch ihre Risiken lassen sich noch nicht abschließend benennen. Eine Studie gibt nun einen Überblick und unterstützt die Orientierung im noch jungen Gebiet der Pflanzen- bzw. Phytonanotechnologie.

Nanopartikel sind winzige Strukturen, sie messen gerade mal einen Millionstel Millimeter. Mit bloßem Auge sind sie nicht wahrnehmbar – dementsprechend häufig merken wir nicht, dass sie in Produkten stecken, die wir im Alltag verwenden: in Kosmetika, Reinigungsmitteln, Sportbekleidung oder auch in Nahrungsmitteln. Die winzigen Teilchen sind in Medikamenten ebenso enthalten wie in Sonnenschutzmitteln und Elektrogeräten, in Form von Beschichtungen schützen sie Oberflächen wie Holz vor Verwitterung, bei Fensterglas sorgen sie für einen praktischen Selbstreinigungseffekt.

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Durch Nanotechnologie ließe sich der Einsatz von Pestiziden womöglich effizienter gestalten als bisher.

Durch Nanotechnologie ließe sich der Einsatz von Pestiziden womöglich effizienter gestalten als bisher.

Quelle: © Erich Westendarp/ pixelio.de

Einsatz in Pflanzenzucht und Landwirtschaft

Auch Pflanzenzucht und Landwirtschaft sind Einsatzgebiete für künstlich hergestellte Nanopartikel. Allerdings ist noch weitgehend unerforscht, ob sie ein Risiko für Mensch und Umwelt darstellen. Die Teilchen sind winzig, das Verhältnis der Oberfläche zu ihrem Volumen ist groß, sodass Substanzen Eigenschaften entwickeln können, die bisher nicht von ihnen bekannt waren. Das macht sie für die technologische Forschung interessant, zugleich sind sie damit aber nicht völlig berechenbar. Es bedarf einer angepassten Bewertung von Möglichkeiten und eventuellen Gefahren.

Die Nanotechnologie verkleinert Substanzen entweder stark oder verpackt sie in Nanokapseln. Die Medizin macht sich die Technologie etwa dadurch zunutze, dass die Partikel Wirkstoffe an den gewünschten Ort im menschlichen Körper befördern und dort freisetzen. Dieser Mechanismus, der bei Krebstherapien zur Anwendung kommt, lässt sich auch auf Pflanzensysteme übertragen. In einer neuen Übersichtsstudie haben Wissenschaftler nun den Forschungsstand aus diesem Bereich, der sogenannten Phytonanotechnologie, zusammengetragen.

Pestizidreduktion als Chance

Zu den Hoffnungen, die mit der neuen Technologie verknüpft sind, gehört, dass sich der Pestizidverbrauch auf den Feldern deutlich senken lässt, weil sich die Substanzen wirksamer einsetzen lassen. Nanopartikel können Chemikalien transportieren, die in der Landwirtschaft Verwendung finden. Dazu gehören Nährstoffe, Dünger, Herbizide oder auch Pestizide. Dass sich die Freisetzung dieser Substanzen steuern lässt – indem sich die Partikel etwa nur bei Hitze oder bei Nährstoffbedarf der Pflanze öffnen –, birgt die Möglichkeit der zielgerichteten Anwendung. So könnte die Nanotechnologie dazu beitragen, den großflächigen Einsatz dieser Mittel in der Landwirtschaft zu reduzieren.

Die Nanotechnologie kann außerdem Gefahren bannen, die bei der äußeren Anwendung von Pestiziden gegeben sind: Indem Nanopartikel die Pestizide direkt ins Innere der Pflanze transportieren, beugt das dem Einfluss des Sonnenlichts vor, unter dem sich die Wirkstoffe mitunter verändern.

Auch die gezielte Veränderung von Genen wird durch Nanotechnologie erleichtert. Nanopartikel und Nanokapseln können Gene und Chemikalien in großer Zahl transportieren und freisetzen, sodass sich das Erbgut von Nutzpflanzen leichter verändern lässt als mit etablierten viralen oder bakteriellen Informationsträgern.

Risiko der Pflanzenschädigung

Allerdings weisen die Forscher auch auf Risiken der Nanotechnologie hin. So seien Studien zu unterschiedlichen Einschätzungen hinsichtlich des pflanzenschädigenden Effekts der Technologie gelangt. Außerdem zeigten bisherige Untersuchungen, dass verschiedene Spezies unterschiedlich auf Nano-Partikel reagieren. Während sogenannte Kohlenstoff-Nanoröhrchen etwa die Keimung der Samen von Tomaten (Solanum lycopersicum) und Reis (Orzya sativa)begünstigten, ließ sich das in anderen Wachstumsstadien und bei anderen Spezies nicht bestätigen. Bei Tomatenpflanzen und Reis schränkt die Technologie das Wurzelwachstum ein – womit sich der angestrebte Effekt ins Gegenteil verkehrt.

Ein Risiko der Nanotechnologie für Mensch und Natur ist die Freisetzung giftiger Stoffe bzw. besonders reaktiver Strukturen mit einer noch nicht vollständig aufgeklärter Wirkung. Hier setzen die Autoren des Artikels auf die Entwicklung technischer Verfahren, mit denen sich bald einzelne Nanopartikel anzeigen lassen könnten. Sie betonen außerdem den Bedarf an weiteren Studien auf diesem Gebiet.

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Nanopartikel aus Siliziumdioxid werden in vielen industriellen Bereichen zur Oberflächenmodifizierung eingesetzt.

Nanopartikel aus Siliziumdioxid werden in vielen industriellen Bereichen zur Oberflächenmodifizierung eingesetzt.

Quelle: © Wikicristof/ wikimedia.org/ CC BY-SA 4.0

Bedeutung für die Gesundheit

In der Landwirtschaft könnten solche Nanopartikel im großen Maßstab in die Umwelt ausgebracht werden, die in der Lebensmittelproduktion Verwendung finden und Verbraucher direkt mit ihnen in Kontakt bringen würden. Inwieweit dadurch Risiken für die Gesundheit entstehen, lässt sich noch nicht abschließend sagen. Viele Aspekte bezüglich der Aufnahme, Verteilung und Ausscheidung der Teilchen sind noch ungeklärt. Auf die Auswirkungen haben Form, Größe, Ladung und Zusammensetzung Einfluss. Das Umweltbundesamt (UBA) geht davon aus, dass von Nano-Partikeln, die beispielsweise durch Sprühen verteilt und so über die Atemluft aufgenommen werden, eher ein gesundheitliches Risiko ausgeht als von denjenigen Teilchen, die fest in einem Stoff eingebunden sind. Der Behörde zufolge ist unklar, ob giftige Materialien, die den Partikeln anhaften können, auch über die Haut in den Körper gelangen können.

Nanoteilchen – und dies sollte helfen, die Diskussion zu versachlichen –, kommen natürlicherweise in der Umwelt vor. Sie entstehen vor allem bei hohen Temperaturen und sind beispielsweise in Mineralien oder Ton enthalten. In immer größeren Mengen werden Nano-Partikel künstlich hergestellt, ihre Produktion beläuft sich jährlich auf Tausende Tonnen.

Die industrielle Bedeutung der Nanotechnologie wächst seit Jahren, was weitere Studien auf diesem Gebiet umso dringlicher macht. Nur so kann es gelingen, das Anwendungspotenzial zu erschließen und mögliche Risiken zugleich zu minimieren. Gleichzeitig gilt es, über die Ergebnisse transparent und verständlich zu informieren, um auf der Basis von Fakten einen sachlichen Dialog mit allen interessierten Gruppen zu führen.

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