2.2.1 Verfügbarkeit des Kobalts für die Pflanze
Bisher gibt es keine Hinweise darauf, dass Kobalt auch für Pflanzen ein essentielles Spurenelement darstellt (MARSTON, 1952; SMITH und PATERSON, 1999). Ein Kobalt-Bedarf wurde bisher nur für Leguminosen nachgewiesen (WHITEHEAD, 2000), wobei das Kobalt von den stickstoff-fixierenden Bakterien im Wurzelbereich benötigt und angereichert wird (YOUNG, 1979; SMITH und PATERSON, 1999). Die Bakterien verwenden Kobalt zum einen zur Bildung von Vitamin B12, zum anderen dient es ihnen als Wachstumsfaktor.
Bei höheren Kobalt-Gehalten im Boden sind die Bakterien in der Lage, mehr Stickstoff zu binden, was ein verstärktes Wachstum mancher Leguminosenarten zur Folge hat (YOUNG, 1979).
Obwohl alle übrigen Grünpflanzen keinen Kobalt-Bedarf haben, nehmen sie es aus dem Boden auf, wobei die Höhe der Kobaltaufnahme durch eine Reihe von Faktoren beeinflusst wird. Neben der Art der Pflanze ist hierbei vor allem die Verfügbarkeit des Kobalts zu nennen.
Generell gilt, dass Pflanzen auf kobaltarmen Böden geringere Kobalt-Gehalte aufweisen als vergleichbare Arten auf kobaltreicheren Böden (YOUNG, 1979; SMITH und PATERSON, 1999). Diese Beziehung ist jedoch nicht allgemeingültig (ULVUND und PESTALOZZI, 1996), da die Verfügbarkeit des Kobalts durch den Wassergehalt, den pH-Wert und die Präsenz anderer Mineralstoffe und Spurenelemente beeinflusst wird (SMITH und PATERSON, 1999).
Böden mit hohem Wassergehalt weisen im Vergleich zu gut entwässerten Böden deutlich höhere Gehalte an extrahierbarem und für die Pflanzen verfügbarem Kobalt auf. Neben dem Wassergehalt spielt hierbei vor allem der pH-Wert eine große Rolle. Bei einem hohen Boden-pH-Wert ist nach WHITEHEAD (2000) die Verfügbarkeit von Kobalt für Pflanzen vermindert. MITCHELL (1972) stellte fest, dass durch einen Anstieg des pH-Wertes von 5,4 auf 6,4 der Kobalt-Gehalt in Rotklee um etwa 40 % reduziert wurde. Eine mögliche Erklärung hierfür ist eine Komplexbildung. Wie bereits in Kapitel 2.1 aufgeführt, liegt Kobalt bei hohen pH-Werten in nur schwer löslichen Verbindungen vor, so dass eine Aufnahme durch Pflanzen erschwert wird. Durch den pH-Wert wird auch ein weiterer Faktor beeinflusst, der bei der Diskussion der Kobalt-Verfügbarkeit für Pflanzen in Betracht gezogen werden muss. Kobalt ist in vielen Fällen in der Natur mit Mangan vergesellschaftet. Bei Bildung von Manganoxiden lagern sich schnell Kobalt-Ionen zunächst locker an (ADAMS et al., 1969), die später durch eine Oxidation das Mangan ersetzen können. Mit steigendem pH-Wert wird die Bildung dieser Komplexe gefördert. Untersuchungen in Australien ergaben, dass durchschnittlich 79 % des Boden-Kobalts in Manganmineralien enthalten ist (McKENZIE, 1972). Kobalt, das in dieser Form gebunden ist, kann von den Pflanzen nicht aufgenommen werden (SMITH und PATERSON, 1999).
2.2.2 Einfluss der Pflanzenart auf ihren Kobalt-Gehalt
Zwischen den verschiedenen Pflanzenarten gibt es unabhängig vom Einfluss des Bodens und der klimatischen Bedingungen große Unterschiede in ihrer Fähigkeit, Kobalt aufzunehmen und zu speichern (POOLE et al., 1972). Wiesenkräuter und Leguminosen weisen unter denselben Aufwuchsbedingungen höhere Kobalt-Gehalte auf als Gräser (MENKE und HUSS, 1987). Kleearten sind bei ausreichender Kobalt-Verfügbarkeit des Bodens reicher an Kobalt.
Bei ungenügenden Kobalt-Gehalten im Boden kommt es unter Umständen aber auch zwischen den einzelnen Pflanzenspezies zu einer umgekehrten Reihung bezüglich der Kobalt-Gehalte (POOLE et al., 1972).
Bei ausreichendem Kobalt-Gehalt im Boden können die verschiedenen Pflanzenspezies schematisch nach hoher, mittlerer und geringer Kobalt-Aufnahme und -Speicherung eingeteilt werden (LATTEUR, 1962 ; POOLE et al., 1972). Eine Übersicht über diese Gruppen mit typischen Vertretern gibt Tabelle 2.
Tabelle 2: Kobalt-Gehalte verschiedener Pflanzenspezies bei gleichen
Aufwuchsbedingungen (nach LATTEUR, 1962 und POOLE et al., 1972) Hoher Kobalt-Gehalt
Rispengras Wiesenfuchsschwanz Roggen
Einige Kräuter Einige Moorpflanzen
Aus dieser Aufstellung ist ersichtlich, dass die für Wiederkäuer gebräuchlichsten Grundfuttermittel mittlere bis niedrige Kobalt-Gehalte aufweisen. Diese Werte sind jedoch auf Böden ermittelt worden, wo kein Kobalt-Mangel vorlag. In Gebieten, aus denen über Kobalt-Mangel berichtet wird, liegen die Gehalte in den Pflanzen oftmals um ein Vielfaches niedriger.
Es gibt auch einige wenige Pflanzenarten, die in der Lage sind, Kobalt nicht nur aufzunehmen und zu speichern, sondern auch anzureichern. Bestimmte Süßhölzer (Astragalus sp.) weisen zum Teil Kobalt-Gehalte bis zu 100 mg/kg Trockenmasse auf.
CLARK (1998) stellt die These auf, dass durch Züchtung Einfluss auf den Kobalt-Gehalt der Pflanzen genommen werden kann. Er ist der Ansicht, dass vor allem Gräserarten, die auf höhere Erträge gezüchtet wurden, eine geringere Fähigkeit zur Aufnahme und Speicherung von Spurenelementen besitzen.
2.2.3 Weitere Faktoren, die den Kobalt-Gehalt von Pflanzen beeinflussen Für die Beurteilung der Kobalt-Versorgung grasender Rinder und Schafe ist es wichtig, die Artenverteilung auf der Weide zu berücksichtigen. Weiden mit einem hohen Anteil an Klee weisen einen höheren Kobalt-Gehalt auf als solche, auf denen vornehmlich Gräser vorkommen (CLARK, 1998). Ebenso wirkt sich ein großer Anteil an Kräutern aus (YOUNG, 1979). Allgemein lässt sich feststellen, dass je artenreicher eine Weide ist, desto höher ist der Kobalt-Gehalt. Die Artenvielfalt wird neben dem Standort auch durch die Intensität der Nutzung beeinflusst. Extensiv genutzte Weiden zeigen ein größeres Spektrum verschiedener Arten als intensiv genutzte (YOUNG, 1979) oder Mahd-Weiden bzw. Wiesen. Je mehr Schnitte pro Jahr gemacht werden, desto weniger verschiedene Gräserarten kommen vor.
Die unter 2.2.1 und 2.2.2 über den jeweiligen Kobalt-Gehalt der Pflanzen gemachten Angaben bezogen sich auf den Gehalt in den Ganzpflanzen. Da jedoch nicht immer alle Bestandteile der Pflanzen als Futtermittel verwendet werden, müssen für genauere Aussagen über für das Tier verfügbare Kobalt-Mengen, die einzelnen Teile der Pflanzen getrennt betrachtet werden.
LATTEUR (1962) gibt Mittelwerte an, die er auf eine Reihe verschiedener Pflanzenspezies anwendet. Er fand in Blättern die höchsten Kobalt-Gehalte mit durchschnittlich 0,19 mg/kg T.
Samen, Früchte, Wurzeln und Wurzelknollen lagen im Bereich von 0,06 bis 0,08 mg Co/kg T.
Die mit Abstand niedrigsten Kobalt-Werte konnten in verholzten Teilen wie Schalen oder Kernen mit durchschnittlich 0,006 mg/kg T ermittelt werden.
Demgegenüber macht WHITEHEAD (2000) die Aussage, dass generell bei Leguminosen und Gräsern der höchste Kobalt-Gehalt in den Wurzeln zu finden ist, wobei er nicht ausschließt, dass diese Verteilung durch die Menge des verfügbaren Kobalts beeinflusst werden kann.
Gleiches gilt für die Verteilung des Kobalts zwischen Blatt und Stengel. FLEMING (1963) fand heraus, dass bei ausreichender Kobalt-Versorgung der Pflanzen die Anteile in den Blättern höher waren als in den Stengeln. Bei mangelhafter Versorgung mit Kobalt bestand dieser Unterschied nicht mehr. Bei Steck- und Runkelrüben befindet sich das meiste Kobalt in den Blättern. Der Rübenkörper beider Rübenarten zählt zu den kobaltarmen Futtermitteln (<0,07 mg/kg T).
Einen maßgeblichen Einfluss auf den Kobalt-Gehalt in den Pflanzen hat zudem ihr Vegetationsstadium. FLEMING und MURPHEY (1968) stellten mit zunehmendem Alter der Gräser einen abnehmenden Kobalt-Gehalt fest. Verantwortlich ist hierbei einerseits das Verhältnis von Blättern zu Stengeln, das bei jungem Gras höher ist. Andererseits kommt es bei fortschreitendem Vegetationsstadium zur Bildung von Samen, die nach LATTEUR (1962) niedrigere Kobalt-Gehalte aufweisen als Blätter. Deutlich wird dies beim Mais, der zu Beginn der Kolbenbildung einen Gehalt von 0,10 mg Co/kg T aufweist, in der Teigreife nur noch 0,04 mg Co/kg T (JEROCH et al., 1993).
Ein Einfluss der Jahreszeiten auf den Kobalt-Gehalt konnte bisher nicht festgestellt werden.
KLESSA et al. (1989) ermittelten auf schottischen Versuchsfeldern den niedrigsten Kobalt-Gehalt in Gräsern zwischen Juni und August. Sie machten hierfür zum einen das fortgeschrittene Vegetationsstadium und zum anderen den niedrigen Wassergehalt im Boden in diesen Monaten verantwortlich. Untersuchungen, die von ULVUND und PESTALOZZI (1996) von 1985 bis 1995 in Norwegen durchgeführt wurden, zeigen große Variationen im Kobalt-Gehalt sowohl zwischen den einzelnen Schnitten, die jeweils in der 21., 26. und 32.
Kalenderwoche durchgeführt wurden, als auch über den gesamten Versuchszeitraum.
(Abbildung 1).
Abbildung 1: Kobalt-Gehalte zweier Weiden in Norwegen im Verlauf mehrerer Jahre (nach ULVUND und PESTALOZZI, 1996)
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der Kobalt-Gehalt in den Pflanzen von einer Reihe Faktoren abhängt, die sich teilweise auch gegenseitig beeinflussen. Ebenso wie bei der Beurteilung des Kobalt-Gehalts und seiner Verfügbarkeit im Boden können auch bei den Pflanzen lediglich Tendenzen aufgezeigt werden. Zur Beurteilung, ob ein Futtermittel für Wiederkäuer ausreichend Kobalt enthält, ist deshalb eine Analyse des Kobalt-Gehalts unerlässlich.
Eine Übersicht über den Kobalt-Gehalt ausgewählter Futtermittel ist im Anhang 1 enthalten.
Weide A Weide B
2.3 Vitamin B
12Vitamin B12 weist in vielerlei Hinsicht Besonderheiten innerhalb der Gruppe der Vitamine auf. So ist es das letzte Vitamin, welches entdeckt wurde. Seine Isolierung erfolgte erst im Jahre 1948, aber bereits lange vor seiner Entdeckung gab die Substanz Anlass zu Forschungen. Bereits im Jahre 1926 stellten MINOT und MURPHEY fest, dass der damals als Antiperniziosa-Faktor bezeichnete Bestandteil im rohen Lebergewebe dazu benutzt werden konnte, beim Menschen die pernizinöse Anämie zu heilen.
Nach Aufklärung der Strukturformel (HODGKIN et al., 1955; Abb. 2) konnte eine Reihe von Eigenschaften am Molekül festgestellt werden, die es von anderen Vitaminen unterscheidet.
Abbildung 2: Strukturformel des Vitamin B12-Moleküls (nach SMITH, 1997)
So weist das Vitamin B12-Molekül im Vergleich zu anderen Vitaminen eine recht komplizierte Molekülstruktur auf, was auch durch das Molekulargewicht von 1355 deutlich wird und mit dem Kobalt-Atom als Zentralatom hat es als einziges Vitamin ein Metallzentralatom. Der Anteil des Kobalts am Gesamtmolekül beträgt 4,35%
(UNDERWOOD, 1975; YOUNG, 1979).
Bei der chemischen Grundstruktur der Cobalamine handelt es sich um ein Corrinringsystem aus vier teilweise hydrierten Pyrrolringen. In diesem Corrinring ist das Kobalt-Atom als dreiwertiges Kobalt über vier Bindungen fest eingebunden (FRIEDRICH, 1987;
BUDDECKE, 1994). Darüber hinaus liegen am Kobalt-Atom noch zwei weitere Bindungen vor, wobei in α-Position eine 5,6 Dimethylbenzimidazol-Gruppe gebunden ist. Der Ligand in β-Position (Abb. 2: „R“) ist verantwortlich für die chemischen und biochemischen Eigenschaften des Cobalamins (FRIEDRICH, 1987). Bei den vier am häufigsten
vorkommenden Vitamin B12-Verbindungen handelt es sich um eine 5´Desoxyadenosyl-, Methyl- oder Hydroxy-Gruppe sowie Wasser in β-Stellung (REHNER und DANIEL, 1999;
FRIEDRICH, 1987), so dass die entstehenden Verbindungen Adenosyl-, Methyl-, Hydroxo- oder Äquocobalamin sind. Bei der als Cyanocobalamin bezeichneten Verbindung handelt es sich vermutlich nicht um eine physiologisch wirksame Verbindung, bei der der entsprechende Ligand eine Cyano-Gruppe ist (FRIEDRICH, 1987; SEETHARAM und ALPERS, 1982;
SCOTT, 1999).
Als Cobalamin-Analoga werden solche Verbindungen bezeichnet, die eine andere Gruppe als 5,6 Dimethylbenzimidazol an α-Position des Kobalt-Atoms aufweisen (FRIEDRICH, 1987;
McDOWELL, 2000). Diese haben im Stoffwechsel höherer Tiere keine Bedeutung, da sie keine Co-Enzymfunktion ausüben (KÜNEMUND, 1977: ELLIOT, 1979).