Eisen in Pflanzen

In vielen modernen Darstellungen wird das Eisen nicht zu den Spurenelementen gerechnet, sondern als "Kernnährstoff" bzw. als Übergangsstufe zwischen den Kernnährstoffen und und den Spurenelementen betrachtet. Hier wird das Eisen aus folgenden Gründen zu den Spurenelementen gezählt: 1. Das Eisen kommt in den Pflanzenorganen vielfach in ähnlich geringen Konzentrationen vor wie die übrigen Spurenelemente; so enthält z. B.die Asche von Erdbeerblättern in je 100 g 10 mg Kupfer, 145 mg Eisen und 737 mg Mangan. 2. Eisen wirkt in den Organismen schon in sehr geringen Konzentrationen als Hochleistungselement wie die anderen Spurenelemente. So wurde z. B. die Konzentration des Fermenteisens in der Zellsubstanz zu 10¯7 bestimmt - so entfällt also auf je 10 000 kg Zellsubstanz nur 1 g Fermenteisen - ohne dieses Gramm würden die Lebensprozesse zum Stillstand kommen. 3. Das Eisen erfüllt in den Organismen ähnliche biologische Aufgaben wie andere Spurenelemente; es ist meist Bestandteil der prosthetischen Gruppe von Fermenten bzw. Ferment-Aktivator.
In der freien Natur ist das Eisen freilich kein Spurenelement; es gehört vielmehr zu den 4 häufigsten Elementen der Erdrinde. Sein Gewichtsanteil an der obersten 16-km-Zone der Erdkruste wird auf 4,7% berechnet; damit ist Eisen häufiger als die biologisch so wichtigen Elemente Phosphor, Stickstoff, Kohlenstoff usw.
Das in Verbindungsform vorliegende Eisen der freien Natur fällt mengenmäßig weit mehr ins Gewicht als die tausend eindrucksvollen Stahlwaren unserer Schwerindustrie. Die Farbe einer Landschaft wird weitgehend durch Eisen bestimmt. Die braunen, rötlichen oder gelblichen Färbungen unserer Ackerböden sind zumeist auf Eisenhydroxyde zurückzuführen, die in verschiedenen Verbindungsformen und mannigfachen Konzentrationsverhältnissen vorliegen. Das leuchtende Rot des Buntsandsteins wird von Hämatit hervorgerufen; dies ist ein Eisenoxyd von der Formel Alpha-Fe2O3. Das Grün unserer Wälder und Felder könnte ohne Mitwirkung des Eisens nicht zustandekommen, obwohl das Blattgrün (Chlorophyll) bekanntlich eisenfrei ist.
Überall, wo Pflanzen wachsen, muß der Boden auch Eisen enthalten; denn das Eisen ist für jegliches Pflanzenwachstum völlig unentbehrlich. Bei den höheren Pflanzen ist das Eisen vorwiegend in den Blättern konzentriert. So enthalten z. B. Spinatblätter 0,45%, Tabakblätter 0,34%, Getreidekörner 0,03% und Zuckerrübenwurzeln bzw. Kartoffelknollen 0,04% des Trockengewichts an Fe2O3. In den grünen Pflanzenblättern (z. B. Spinatblättern) sind ca. 82% des Eisens in den Chlorophyllkörnern (nicht aber in den Chlorophyllmolekülen), 5% im Zellplasma und 13% in wässerigen Zellsäften enthalten. Von dem Gesamteisen des Spinats sind nur etwa 8% durch Wasser herauslösbar. Das Eisen der Chlorophyllkörner ist zu rund 40% (in dreiwertiger Form) an phosphorfreie Eiweißkörper, zu ca. 50% an phosphorhaltige Eiweißkörper und zu etwa 10% an Cytochrome (als Fermenteisen bzw. Hämineisen) gebunden. Die Cytochrome sind häminartige, komplizierte Farbstoffe (Eisen-Porphyrin-Eiweißverbindungen); es sind Fermente, deren prostethische Gruppe aus einem Porphyrinkern mit eingebautem Eisen besteht. Diese Fermente ermöglichen (zusammen mit dem ebenfalls eisenhaltigen Warburgschen Atmungsferment) die Oxydation von Kohlenhydraten, Fetten, Eiweißstoffen usw. bei Zimmertemperatur durch den Luftsauerstoff, wobei Energie frei wird, die das ganze Lebensgetriebe von Pflanzen, Tieren und Menschen unterhält. Das Eisen nimmt somit in allen Lebensprozessen eine zentrale Stellung ein.
Eisenhaltig sind auch die sog. Peroxydasen (Eisenproteide mit prosthetischen Gruppen aus eisenhaltigem Protoporphyrin); diese im Pflanzenreich sehr verbreiteten Fermente machen aus Peroxyden aktiven Sauerstoff frei und übertragen ihn auf andere Substrate oder Zwischenkatalysatoren. Eine ähnliche Zusammensetzung zeigt die Katalase, ein eisenhaltiges Ferment, das giftiges Wasserstoffperoxyd (entsteht bei Atmungs- und Assimilationsprozessen) schnell in harmloses Wasser und Sauerstoff zerlegt. Daß sogar gewöhnliche Eisenoxyde zu diesem Kunststück befähigt sind, sieht man, wenn man z. B. in ein Probierglas mit Wasserstoffperoxyd etwas Eisenrost oder Ackererde wirft (Sauerstoffentwicklung). Die Stickstoffbindenden Bakterienknöllchen von Schmetterlingsblütlern enthalten interessanterweise einen eisenhaltigen Farbstoff, der mit dem Hämoglobin der Tiere sehr nahe verwandt ist. Er wird als Leghämoglobin (= Hämoglobin von Leguminosen) bezeichnet. Das Leghämoglobin enthält 0,34% Eisen (Molekulargewicht 17 000); es ermöglicht die Bindung von Luftstickstoff durch die Knöllchenbakterien. Neben dem chemisch gebundenen Eisen sind in den Pflanzen auch noch kleine Mengen von zweiwertigen und dreiwertigen Eisenionen enthalten, welche bei verschiedenen Fermenten (z. B. Arginase, Kathepsin, Glycerophosphatase) als Aktivatoren wirken.
Versucht man, Pflanzen in eisenfreien Nährlösungen aufzuziehen, so stellt sich die sog. Bleichsucht oder Chlorose ein. Die jungen Blättchen verlieren hierbei die Fähigkeit, Blattgrün zu bilden; sie bleiben weiß oder blaßgelbgrün und sterben bald ab. Merkwürdigerweise kommt diese Krankheit trotz der Allgegenwart des Eisens und trotz des mengenmäßig sehr geringen Eisenbedarf der Pflanzen auch in der Natur vor. Die Bleichsucht der Kulturpflanzen wird besonders in alkalischen, kalkreichen (oder phosphatreichen) Böden beobachtet, weil hier das Eisen in schwerlöslicher Hydroxydform (oder als unlösliches Phosphat) vorliegt; die schwachen, organischen Säuren der Pflanzenwurzeln können hier das Eisen kaum in Lösung bringen, da sie vom alkalisch wirkenden Kalk neutralisiert werden.
Der praktische Landwirt kann gegen Chlorose der Kulturpflanzen folgende Gegenmaßnahmen ergreifen: 1. Man baut chloroseanfällige Pflanzenarten (z. B. Lupinen) nicht auf kalkreichen Böden an. 2. Man düngt nötigenfalls mit eisenreicher Hochofenschlacke, Blutmehl u. dgl. 3. Man bespritzt die Blätter von bleichsüchtigen Reben oder Lupinen wiederholt mit 0,5%iger Eisensulfatlösung. 4. Manche Fälle von Chlorose sind auch durch Mangel an Magnesium bedingt, das einen Bestandteil des Chlorophylls bildet. Deshalb empfiehlt es sich z. B. bei der Weinrebenchlorose, die Böden mit magnesiumsulfathaltigen Düngemitteln zu düngen oder die Blätter mit Magnesiumsulfatlösungen zu spritzen. 5. Lösungen von sog. Kalium-Eisen-Acetat auf dem Boden verspritzen. In dieser Verbindung ist das Eisen komplex verbunden; die Bodenteilchen können es daher nicht unlöslich machen. Diese Komplexverbindung dringt in die Wurzeln und steigt in die Pflanzen empor, wobei das Eisen wie gewöhnliches Bodeneisen verwertet wird. Das Verfahren hat sich z. B. bei Orangen, Zitronen, Mais, Ananas, Rosen, Rasenflächen usw. gut bewährt; es werden auch ähnliche Komplexverbindungen mit Mangan, Kupfer, Zink und anderen Spurenelementen genutzt.