Angesichts des globalen Klimawandels und zunehmender Dürreperioden wird die Steigerung der Pflanzenresistenz gegen Wassermangel immer wichtiger, um die landwirtschaftliche Produktivität zu verbessern. Eine vielversprechende Methode zur Unterstützung dieser Resistenz ist der Einsatz von Biostimulanzien, darunter Algenextrakte wie Ascophyllum nodosum und einer ihrer Hauptbestandteile: Alginsäure (AA).
Was ist Alginsäure?
Alginsäure ist ein natürliches Polysaccharid, das aus Braunalgen (z. B. Ascophyllum nodosum) gewonnen wird. Sie besteht aus Guluronat- und Mannuronat-Einheiten und besitzt besondere Eigenschaften wie Gelbildung, Wasserhaltevermögen und biologische Verträglichkeit. Dadurch eignet sie sich gut für landwirtschaftliche Anwendungen, da sie die Wasserretention der Pflanze verbessert und deren immunologische und enzymatische Abwehrmechanismen aktiviert.
Studienzusammenfassung: Versuchsaufbau
Die verwendete Pflanzenart war Brassica campestris (Sorte BARI Sarisha-17).
Dürrestress wurde 15 Tage nach der Aussaat (15 DAS) eingeleitet, indem die Bodenfeuchtigkeit auf 25 % der Feldkapazität reduziert wurde.
Nach der Anpassung der Pflanzen erfolgte eine Blattapplikation mit:
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Ascophyllum nodosum-Extrakt (ANE) in 0,02 %
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Alginsäure (AA) ebenfalls in 0,02 %
Die Datenerhebung fand 35 Tage nach der Aussaat (35 DAS) statt und umfasste morphophysiologische und biochemische Parameter.
Hauptergebnisse zu Alginsäure (AA)
Die Ergebnisse zeigen, dass AA unter Dürrestress deutliche positive Effekte hat – teilweise gleichwertig oder sogar stärker als der vollständige Algenextrakt (ANE).
1. Wachstum und Biomasse
Dürre (25 % Bodenfeuchte) verringerte Wachstum, Biomasse und den Wasserhaushalt der Pflanzen.
Die Applikation von 0,02 % AA verbesserte Wachstum und Biomasse im Vergleich zu unbehandelten Pflanzen unter Dürrebedingungen.
2. Photosynthesepigmente (Chlorophyll)
Dürre führte zu einer Abnahme des Chlorophyllgehalts, wodurch die Photosyntheseleistung beeinträchtigt wird.
Mit AA-Behandlung wurde eine Erhöhung des Chlorophyllgehalts festgestellt, was auf eine teilweise Stabilisierung des Photosynthesesystems hindeutet.
3. Oxidativer Stress
Unter Dürre stiegen Anzeichen oxidativer Schäden an:
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erhöhte Lipidperoxidation
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höhere H₂O₂-Gehalte
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stärkerer Elektrolytverlust
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erhöhte Prolingehalte (als Osmolyt)
Mit AA-Behandlung:
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verringerte sich die Lipidperoxidation
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H₂O₂ nahm ab
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der Elektrolytverlust wurde reduziert
Prolin stieg weiterhin an (typische Dürreantwort), jedoch reduzierte AA die mit diesem Anstieg verbundenen Schäden.
4. Antioxidatives Abwehrsystem
AA steigerte die Aktivität antioxidativer Enzyme, insbesondere der Enzyme des Ascorbat–Glutathion-Zyklus (AsA–GSH).
Außerdem verbesserte es das Redoxgleichgewicht von Ascorbat- und Glutathionpools, was auf eine erhöhte Fähigkeit zur Regeneration reduzierter Formen und zur Entgiftung von ROS hinweist.
5. Glyoxalase-System
Das Glyoxalase-System (Enzyme Glyoxalase I und II) entgiftet schädliche Verbindungen wie Methylglyoxal, die sich unter Dürre ansammeln.
AA erhöhte die Aktivität dieser Enzyme, verringerte die Akkumulation toxischer Stoffe und förderte die Stresstoleranz.
6. Wasserhaushalt und Zellstabilität
AA verbesserte den Wasserstatus der Pflanzen, z. B. den relativen Wassergehalt (RWC), im Vergleich zu unbehandelten Pflanzen unter denselben Dürrebedingungen.
Dies zeigt, dass AA die Wasserhaltefähigkeit der Pflanzen stärkt – ein entscheidender Faktor unter Wassermangel.
Vergleich mit ANE
In vielen Parametern zeigte Alginsäure (0,02 %) eine vergleichbare oder leicht bessere Wirkung als der vollständige Algenextrakt (ANE).
Dies deutet darauf hin, dass AA – als einzelner Bestandteil – viele Vorteile des Komplett-Extrakts reproduzieren kann, was die landwirtschaftliche Anwendung vereinfachen und kostengünstiger machen könnte.
Warum ist Alginsäure wirksam gegen Dürre?
Die Wirksamkeit von AA lässt sich durch mehrere miteinander verbundene Mechanismen erklären:
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Wasserretention:
Durch ihre Gelbildung kann AA Wasser an der Zelloberfläche oder im Gewebe speichern. -
Stärkung des antioxidativen Systems:
AA verbessert die Aktivität der AsA–GSH-Enzyme und reduziert oxidativen Stress. -
Entgiftung schädlicher Verbindungen:
Die Aktivierung des Glyoxalase-Systems verringert die Anreicherung von Methylglyoxal. -
Stabilisierung der Zellen:
AA reduziert Elektrolytverlust und verbessert den relativen Wassergehalt.
Praktische Hinweise (für Landwirte und Forschende)
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Verwendete Konzentration: 0,02 % für ANE und AA – ein brauchbarer Richtwert für Feldversuche.
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Da AA allein die Dürretoleranz stärkt, bietet sich die direkte Nutzung oder die Entwicklung alginatbasierter Biostimulanzien an.
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Der Zeitpunkt der Applikation ist wichtig: in der Studie erfolgte sie nach der Etablierung der Pflanzen.
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Feldbedingungen können von Laborbedingungen abweichen.
Vorsichtsmaßnahmen
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AA wurde nicht in höheren oder niedrigeren Konzentrationen getestet.
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Die Wirksamkeit kann je nach Pflanzenart, Sorte, Boden und Trockenheitsgrad variieren.
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Ökonomische Aspekte sollten vor großflächigem Einsatz geprüft werden.
Fazit
Alginsäure (AA) zeigte eine deutliche Verbesserung der Dürretoleranz von Brassica campestris, indem sie:
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den Wasserhaushalt stärkt
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antioxidative Systeme aktiviert
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das Glyoxalase-System stimuliert
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oxidative Schäden reduziert
Bemerkenswert ist, dass bereits eine sehr niedrige Konzentration (0,02 %) ähnliche oder bessere Ergebnisse erzielt als der vollständige Algenextrakt (ANE). Dies macht AA zu einer vielversprechenden Option für nachhaltige Landwirtschaft.
Literatur
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Hasanuzzaman M, Rummana S, Sinthi F, Alam S, Raihan MRH, Alam MM. Enhancing drought resilience in Brassica campestris: Antioxidant and physiological benefits of Ascophyllum nodosum extract and alginic acid. Plant Physiol Biochem. 2025;227:110198. doi: 10.1016/j.plaphy.2025.110198. PubMed+1
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Frontiers. Seaweed extracts: enhancing plant resilience to biotic and abiotic stresses.
