ZOMM

Zinc deficiency is a global human malnutrition problem, with an estimated sixth of the world's population is at risk of inadequate zinc intake. This project investigates how organic matter can be used best in agricultural soil management to enhance the nutritional quality of wheat grains with respect to zinc density, while at the same time promo­ting soil fertility.

The trace element zinc (Zn) is an essential component of plants, animals and humans. Insufficient Zn supply is one of the most widespread problems in human nutrition world­wide. Zinc deficiency is particularly frequent where populations depend on cereals as staple food and lack access to meat and other sources of easily absorbable Zn in their diets. In many regions it is related to low Zn den­sities in cereal grains resulting from low availability of Zn in the soils of these regions. The problem is mostly not due to lack of Zn in soil per se, but to a lack of soil Zn in a form in which it is well accessible for uptake by the plants. For this reason, Zn deficiency is also often a limiting factor for crop yields in developing regions. Bio-fortification of cereal grains with Zn is an approach addressing the problem of Zn deficiency in humans and crop production at the same time by increasing plant Zn accumulation.

In this project we investigate how organic matter can be used best in agricultural soil management to enhance the nutritional quality of wheat grains with respect to Zn density, while at the same time alleviating Zn deficiency stress to the plants and promo­ting soil fertility. This is particularly important for farming that primarily or even exclusively relies on organic matter such as crop residues, green and animal manure for fertilization. The idea is not only to use these substances as Zn sour­ces substituting mineral Zn fertilizers, but also that their input into soil with low Zn availability mobilizes resident soil Zn for plant uptake.

Unfortunately, wheat also contributes substantially to human cadmium (Cd) loads and due to excessive Cd inputs in the past there is a legacy of Cd pollution in many agricultural soils. Being sister elements, Cd and Zn share many simila­rities in their chemical behavior. Thus, an important aspect of this project also is to enhance Zn density without increasing Cd accumulation in wheat grains.

Zink-Biofortifikation von Weizen durch Anwendung organischer Substanz in einer nachhaltigen Landwirtschaft

Das Spurenelement Zink ist ein lebensnotwendiger Bestandteil von Pflan­zen, Tie­ren und Menschen. Ungenügende Versorgung mit Zink is eines der welt­weit verbreitetsten Probleme der menschlichen Ernährung. Zinkmangel tritt be­son­ders häufig in Bevölkerungsgruppen die sich einseitig von Getreide­produkten ernähren und ungenügenden Zugang zu Fleisch oder anderen Nahrungsmitteln haben, die ausreichend Zink in leicht aufnehmbarer Form enthalten. In vielen Ge­bie­ten ist Zinkmangel mit niedrigen Zink-Konzentrationen in Getreidekörnern ver­knüpft, die eine Folge davon sind, dass Pflanzen Zink nur schwer aus den Böden dieser Gebiete aufnehmen können. Das Problem ist meist nicht der Mangel an Zink an sich im Boden sondern der Mangel an Zink in einer Form, in der es für die Pflanzenaufnahme gut zugänglich ist. Aus diesem Grund ist Zinkmangel auch oft ein limitierender Faktor für die Erträge in Entwicklungsländern. Die Biofor­ti­fikation von Getreidekörnern mit Zink ist ein Ansatz, das Problem des Zink­man­gels in der menschlichen Ernährung und in der Pflanzenernährung durch Steige­rung der pflanzlichen Zinkaufnahme zugleich zu lösen.

In diesem Projekt untersuchen wir, wie organische Substanzen optimal in der land­wirtschaftlichen Bodenbewirtschaftung eingesetzt werden können, um die Qualität von Weizenkörnern als Nahrungsmittel hinsichtlich Zinkgehalt zu stärken und dabei gleichzeitig Zinkmangel als Stressfaktor in der Pflanzenproduktion zu eliminieren und die Bodenfruchtbarkeit zu verbessern. Dies ist besonders wichtig für Landwirtschaft, der überwiegend oder sogar ausschliesslich organische Sub­stan­zen wie Ernterückstände, grüne Biomasse oder Hofdünger für die Düngung zur Verfügung stehen. Die Idee ist nicht nur, diese Substanzen als Zinkquellen zu verwenden, welche mineralische Zinkdünger ersetzen, sondern auch, dass durch ihren Eintrag in Böden mit geringer Zinkverfügbarkeit schon im Boden vorhandenes Zink für die Pflanzenaufnahme mobilisiert wird.

Weizen trägt leider auch sehr stark zur Belastung der menschlichen Ernährung mit Cadmium bei, und infolge früherer übermässiger Cadmium-Einträge sind viele landwirtschaftliche Böden auch heute noch mit erhöhten Gehalten an Cad­mium belastet. Als Schwesterelemente haben Cadmium und Zink viele Ähnlich­keiten in ihrem chemischen Verhalten. Ein wichtiger Aspekt dieses Projekts ist deshalb auch, dass die Erhöhung der Zinkgehalte in den Weizenkörnern erreicht wird, ohne zugleich die Aufnahme an Cadmium zu steigern.