Mensch und Tier / Funktionen
Eisen kommt im Körper als 2-wertiges (Fe++) oder 3-wertiges Eisen (Fe+++) vor. Es ist in den Erythrozyten (rote Blutkörperchen), im Hämoglobin (roter Blutfarbstoff), im Myoglobin (Sauerstoffdepot der Muskeln), in der Leber und Milz sowie im Knochenmark enthalten. Eisen wird zur Bildung von Hämoglobin benötigt, und es ist ein wesentliches Element für die Oxidationsabläufe der Zelle, es trägt sowohl zum Transport von Sauerstoff als auch zu dessen Speicherung bei. Eisen ist weiter ein essentieller Bestandteil vieler Enzyme, z.B. der Katalase und der Peroxidase. Eisen spielt außerdem in der Immunabwehr und beim Schutz gegen Infektionen eine wichtige Rolle. Weiter ist die Muskelleistung von der ausreichenden Eisenzufuhr abhängig. Der Körper des Erwachsenen enthält insgesamt 2,5 bis 4 Gramm Eisen, davon ist der Hauptanteil (65 bis 73%) an Hämoglobin gebunden.
Weil pflanzliche Nahrung häufig zu wenig Eisen enthält, leiden aktuellen Schätzungen zufolge rund 30 Prozent der Weltbevölkerung unter einer mehr oder weniger stark ausgeprägten Anämie. Deshalb besteht weltweit ein starkes Interesse an der Züchtung und am Anbau von Pflanzen, die einen hohen Anteil von Eisen in ihren essbaren Bestandteilen abspeichern – und zwar so, dass das Eisen vom menschlichen Organismus aufgenommen und verarbeitet werden kann. Grundsätzlich bestehen aber zwischen tierischen und pflanzlichen Nahrungsmitteln Unterschiede in der Eisenverfügbarkeit. Das Eisenaufnahme aus tierischen Nahrungsmitteln ist höher als die aus pflanzlichen Nahrungsmitteln. Vitamin C erhöht die Eisenverfügbarkeit, was mit dessen niedrigen pH-Wert zusammenhängt.
„Biofortifikation“ ist das Ziel einer noch jungen Forschungsrichtung, die darauf abzielt, den Anteil lebenswichtiger Mineralien wie Eisen oder Zink in Pflanzen systematisch zu erhöhen. Das kann aber auch zu Nachteilen führen, z.B. bei der Verfügbarkeit anderer Spurenelemente.
Um den täglichen Eisenbedarf zu decken, sollten Männer 10 Milligramm Eisen pro Tag zu sich nehmen. Frauen haben grundsätzlich einen etwas höheren Eisenbedarf, nämlich 15 Milligramm pro Tag. Ursache ist hier der regelmäßige Blutverlust durch die Menstruation. Im Durchschnitt verliert eine Frau während ihrer Regelblutung rund 1,5 Milligramm Eisen pro Tag. Männer verlieren dagegen circa 1 Milligramm Eisen täglich. Während der Schwangerschaft empfiehlt die Deutsche Gesellschaft für Ernährung Frauen eine Aufnahme von 30 mg Eisen pro Tag, um auch das Ungeborene ausreichend zu versorgen. Nach der Schwangerschaft werden etwa 20 mg Eisen täglich benötigt, um die durch Schwangerschaft und Geburt etwas geleerten Eisenspeicher wieder aufzufüllen.
Eine gute Quelle für Eisen ist Fleisch. Die höchsten Gehalte sind in der Leber zu finden. Vegetarier können ihren Bedarf am ehesten durch Pfifferlinge, Schwarzwurzeln, Spinat und Pistazien decken. Die Eisenaufnahme wird behindert durch Tannine (wie in Rotwein oder schwarzem und grünem Tee), Oxalsäure (wie in Spinat, Rote Bete, Rhabarber oder Kakao), Phytat (wie in Getreide) oder Phosphat (wie in Schmelzkäse). Auch Weizenkleie, Milchprodukte, Sojaprodukte und Kaffee enthalten Stoffe, die die Eisenaufnahme behindern. Aber aufgepasst! Eisen wird aus Fleisch wesentlich besser aufgenommen als aus pflanzlichen Produkten. Die Resorptionsraten betragen 23 bis 35 % bei Fleisch und 3 bis 8 % bei pflanzlichen Produkten. Durch die Verzehrsmengen sind Brot mit 21 %, Fleisch mit 16 %, Wurst mit 11 % und Gemüse mit 9 % die wichtigsten Eisenquellen in unserer Ernährung.
Wichtig ist die Eisenversorgung bei allen trächtigen Tieren. Die orale Verabreichung von Eisenpräparaten wenige Tage vor der Geburt reicht nicht aus. Studien der Tierärztlichen Hochschule in Hannover belegen, dass jedes fünfte Kalb zum Zeitpunkt der Geburt bereits an einer durch Eisenmangel bedingte Blutarmut leidet. Mehr als 40% der Kälber zeigen niedrige Eisenkonzentrationen im Blut. Kälber mit Eisenmangel fressen nur zögerlich und entwickeln sich schlecht. Sie sind anfällig für Infektionskrankheiten und leiden häufiger an Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Die Eisensupplementierung in der Nutztierfütterung sollte 500 mg Fe/kg (für Schweine), 250 mg Fe/kg für Ferkel sowie 450 mg/kg für Geflügel und Rinder nicht überschreiten.
Boden und Pflanze /Funktionen
Eisen ist in fast allen Böden reichlich vorhanden; die Verfügbarkeit für die Pflanzen ist aber gewöhnlich sehr gering. Deshalb kommt eine Unterversorgung mit Eisen nicht selten vor. Auf gut durchlüfteten Böden mit hohem pH ist die Verfügbarkeit gering. Nur das zweiwertige Eisen (Fe2+) ist physiologisch von Bedeutung und auch relativ gut löslich. Das meiste Eisen liegt aber als dreiwertiges Ion (Fe3+) vor, und das ist bei neutralem oder höherem pH unlöslich. Bei Gräserarten kann (Fe3+) kann durch Chelatisierung aufgenommen werden; Voraussetzung dafür ist die Bildung von Methionin-Verbindungen. Außerdem tragen bestimmte Bodenbakterien zur Chelatisierung bei. Diskutiert wird ferner der Einfluss von Huminsäuren; diese wirken aber nur bei niedrigen pH-Werten.
Die Pflanzen haben verschiedene Mechanismen, Eisen aufzunehmen, z.B. durch die Freisetzung von Siderophoren – das sind eisenbindende Peptide. Diese Art der Fe-Aufnahme kommt bei Gräsern vor; hingegen nutzen die Zweikeimblättrigen das Enzym Reductase, um das dreiwertige Eisen in zweiwertiges Eisen umzuwandeln. Durch Bildung organischer Säuren können die Wurzeln den pH-Wert absenken und auf diese Weise die Löslichkeit des Eisens verbessern. Ammoniumdüngung verbessert die Eisenaufnahme; Die Nitrat-Düngung hemmt die Eisen-Aufnahme. Ursache sind hohe pH-Werte an der Wurzeloberfläche. Wichtig ist eine gute Wurzelneubildung. Kobalt und Cadmium können Eisenmangel verstärken.
Eisen ist auch für die Pflanzen ein lebensnotwendiges Nährelement. Es ist wesentlich an der Chlorophyllbildung beteiligt und in einigen Enzymen integriert. Es ist Bestandteil des Cytochroms, das für den Elektronentransfer in den Chloroplasten und den Mitochondrien verantwortlich ist. Ferner ist Eisen wichtig für Stickstofffixierung der Leguminosen und freilebender N-Fixierer. Das für die Umwandlung des Luftstickstoffs wichtige Enzym Nitrogenase ist auf den Eisen-Schwefel-Molybdän-Cofaktor angewiesen.
Die Nitratassimilation ist auf das eisenhaltige Enzym Ferredoxin-Nitrat-Reductase angewiesen. Dieses Enzym enthält außerdem Schwefel.
Eisenmangel zeigt sich durch Chlorosen zwischen den Blattadern; die Blattadern bleiben grün. Betroffen sind als erste die jüngeren Blätter. Bodenverdichtung und Sauerstoffmangel können zu Eisenmangel führen. Eisenmangel lässt sich durch Blattspritzungen beheben, aber viel besser sind vorbeugende Maßnahmen. Nicht nur hohe Carbonatgehalte, auch Versalzung, Bodenfeuchtigkeit, Bodentemperatur und Überschüsse vieler Nährelemente können die Eisenaufnahme beeinflussen. Im Boden wird die Fe-Aufnahme durch die Phytinsäure inaktiviert; die Phytinsäure ist ein Komplexbildner. Die Phytate sind die schwer löslichen Salze der Phytinsäure, die einen großen Teil der Vorräte an organischem Phosphor im Boden darstellen. Hohe Phytat-Konzentrationen kommen in der Kleie vor. Einige Polyphenole und Tannine hemmen ebenfalls die Eisenaufnahme. Die im Rotklee vorhandenen Phenole verbessern hingegen die Fe-Aufnahme. Da Eisen grundsätzlich sehr reaktiv ist, kann es auch zu Eisenvergiftung kommen; Phosphor-Mangel verstärkt Die Fe-Toxizität.
Die am häufigsten eingesetzten Eisendünger sind Eisen-II-Sulfat und Eisen-Chelate, u.a. das Fe-EDTA. Beim Einsatz als Bodendünger wird das zweiwertige Eisen aus dem Eisensulfat bei pH-Werten über 7 schnell festgelegt. Das Fe-EDTA ist stabil bei pH 6.0, bei pH 6.5 aber nur noch zur Hälfte verfügbar. Das Fe-DTPA ist bis pH 7.0 stabil. Das Fe-EDDHA ist pH 11 stabil; Nachteil ist der sehr hohe Preis. Der Eisenentzug wird mit 1 bis 3 kg/ha angegeben. Es wird eine Blattdüngung von 0,5-1,5 kg Fe/ha empfohlen. Einen höheren Eisenbedarf haben Weintrauben und einige Obstkulturen.
10 % des Eisens werden durch Massenfluss aufgenommen, 40 % durch Diffusion, 50 % durch Interzeption (direkter Kontakt Boden-Wurzel). Im Xylem findet keine freie Diffusion statt, da das zweiwertige Eisen leicht oxidiert werden kann. Organische Säuren helfen beim Transport, besonders das Citrat.
