01.08.2019
Rote und gelbe Paprika

Borisotopenvariationen liefern Informationen zu Bor-Aufnahme und -Transport in Pflanzen

Quelle: BAM, Fachbereich Anorganische Spurenananytik

Die Isotopenzusammensetzung von Elementen ist nicht konstant, sondern variiert auf der Erde und im Kosmos. Neuere Kenntnisse deuten darauf hin, dass in der Biosphäre größere Isotopenvariationen auftreten können als in der in der Geosphäre. Diese Isotopenvariationen werden in der Regel als sogenannte Delta-Werte – das ist die relative Abweichung gegenüber einem international akzeptierten Standard – angegeben. Beim Element Bor treten mit einer Spannweite von bis zu 90 ‰ relativ große Isotopenvariationen auf. Zu Beginn der Studie war geplant, die Borisotopie für die geographische Herkunftsbestimmung von pflanzlichen Lebensmitteln zu nutzen. Eine Vorstudie an Paprika und Spargel ergab jedoch, dass die in einer einzelnen Pflanze auftretende Isotopenvariation in der gleichen Größenordnung lag wie die Isotopenvariation zwischen unterschiedlichen Individuen einer Pflanzenspezies mit unterschiedlicher geographischer Herkunft. Somit war eine Herkunftsbestimmung von Pflanzen mit Hilfe von Borisotopenvariationen nicht möglich. Jedoch war nun zu klären, warum es innerhalb einer Pflanze zu verhältnismäßig großen Isotopenvariationen kommt, die immerhin ein Drittel der auf der Erde vorkommenden Borisotopenvariationen betragen können. Um die Isotopenfraktionierung in Pflanzen näher zu untersuchen, wurden mehrere Paprikapflanzen aufgezogen und mit unterschiedlichen Nährlösungen gegossen. Nach Ausreifen der Paprikaschoten wurden die Pflanzen geerntet, in die einzelnen Pflanzenteile, Wurzel, Stamm, Blatt und Frucht, zerlegt und tiefgefroren. Die Proben wurden anschließend mit einem speziell dafür entwickelten Verfahren zur Bestimmung der Borisotopenvariation analysiert. Die Ergebnisse zeigen in erster Linie eine Anreicherung von 11B, dem schwereren Borisotop, in höher gelegenen Pflanzenteilen. Der systematisch ansteigende Anteil des 11B-Isotopes von den Wurzeln bis zu neu wachsenden Blättern lässt sich mit einem bevorzugten Einbau von 10B in Zellwände und dem bevorzugten Transport von 11B zu wachsenden Pflanzenteilen (Meristem) mit Hilfe von Bor-Transportermolekülen erklären. Dies ist in Einklang mit den von Takano et al. (u.a. Nature 420, 2002, 337-340) vorgeschlagen Bor-Transportmechanismen. Durch ein vollständigeres Verständnis von Borisotopenfraktionierungen in Pflanzen können künftig Borisotopenverhältnisse als Werkzeug zur Untersuchung des Pflanzenmetabolismus und zum besseren Verständnis von Bor-Toxizität bzw. Unterversorgung eingesetzt werden.

Boron isotope variability related to boron speciation (change during uptake and transport) in bell pepper plants and SI traceable n(11B)/n(10B) ratios for plant reference materials
Sonja Geilert, Jochen Vogl, Martin Rosner, Thomas Eichert
Rapid Communications in Mass Spectrometry, Volume 33, Issue 13, Pages 1137-1147
BAM, Fachbereich Anorganische Spurenananytik