In jüngster Zeit, im Sommer 2024, wechseln sich Trockenheit mit großer Hitze und lang andauernde Regenperioden zu ungewöhnlichen Zeiten ab. Für Landwirte und Gärtner eine Herausforderung, da Pflanzen auf die unwägbaren Zustände oft mit Fruchtverlusten reagieren. Das bedeutet für viele Gärtner in der Folge, dass bei großer Hitze und Trockenheit Kürbisse, Gurken und anderes Gemüse bitter werden können oder nur geringe Frucht bilden. Andere Pflanzen, die längere Zeit in einer Staunässe stehen, reagieren mit Schimmel und/oder mit Pilzbefall.    

Menschen, die von der Gärtnerei oder Landwirtschaft wirtschaftlich abhängig sind, sind besorgt und fragen sich, wie sie den Pflanzen helfen müssen. Oder können diese das alleine tun?   

Eines ist gewiss: Die meisten unserer Nutzpflanzen sind gegen Nässe nur wenig tolerant.  

Da gleichzeitig die zur Verfügung stehenden landwirtschaftlichen Flächen abnehmen und die Zahl der Weltbevölkerung steigt, wächst der Ertragsdruck auf Menschen die Nahrung produzieren zusätzlich, weil die Preise für Lebensmittel unkontrolliert ansteigen können.   

Forscherinnen aus der Arbeitsgruppe Entwicklungsbiologie und Physiologie der Pflanzen am Botanischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) beschäftigen sich in diesem Zusammenhang mit den Auswirkungen der globalen Klimaveränderungen auf die Wachstumsbedingungen von Pflanzen. Sie entdeckten einen bislang unbekannten Vermeidungsmechanismus von Pflanzenwurzeln.   

Warum Pflanzen gegen Nässe empfindlich sind  

Eines ist gewiss: Die meisten unserer Nutzpflanzen sind stärker gegen Nässe und weniger gegen Hitze empfindlich, weil Wasser sie oft existenzbedrohend lange von Nährstoffen und Sauerstoff abschneidet. Die Wurzeln können dann keine Nährstoffe mehr aufnehmen und in der Folge verschimmeln die Früchte oder werden Opfer von Pilzkrankheiten.   

Die Wissenschaftlerinnen stellten fest, dass sich viele Gewächse für eine gewisse Zeit mit verschiedenen Schutzmechanismen an die Staunässe anpassen können.  

Die Forschungsgrundlage   

Die Doktorandin Emese Eysholdt-Derzsó, untersuchte am Beispiel der häufig im Labor genutzten Modellpflanze Arabidopsis thaliana, die auch als Acker-Schmalwand bekannt ist, wie Pflanzen auf vorübergehenden Nässestress und dem daraus erfolgenden Sauerstoffmangel reagieren und wie ihr genetischer Mechanismus die Pflanze steuert, betont die Leiterin der Forschungsgruppe, Professorin Margret Sauter.    

Was machen demnach Pflanzen, wenn es dauerhaft zu nass ist?   

Die CAU-Forscherinnen stellten fest, dass sich viele Gewächse für eine gewisse Zeit mit verschiedenen Schutzmechanismen an die Stau­nässe anpassen können.  

Beim Versuch setzten sie sieben Tage alte Arabidopsis-Keimlinge abwechselnd unterschiedlichen Sauerstoffregimes aus: Jeweils für einen Tag waren sie mit nassen und sauerstoffarmen und dann wieder mit normalen Wachstumsbedingungen konfrontiert.   

Die Versuche zeigten, wie die Wurzeln, damit die Pflanze weiterhin überleben kann, extrem nassen und sauerstoffarmen Bodenbereichen ausweicht. Ein genetisch festgelegter Regelmechanismus unterbricht das normale, nach unten gerichtete Wurzelwachstum. Stattdessen weichen die Wurzeln horizontal in Richtung trockenerer und damit sauerstoffreicherer Bodenbereiche aus. Dabei stellten die Biologen fest, dass dieser Ablauf sich bei günstigen Wetterbedingungen wieder normalisiert. Denn sobald ausreichend Sauerstoff zur Verfügung stand, wuchsen die Wurzeln wieder wie üblich nach unten, erklärt die Erstautorin Eysholdt-Derzsó. Dieser Root Bending genannte Effekt lässt sich mit einer Fluoreszenz-Methode sichtbar machen.   

Warum die Acker-Schmalwand ausgewählt wurde   

Die Acker-Schmalwand gehört zur Familie der Kreuzblütler und ist zum Beispiel mit Raps oder diversen Kohlsorten verwandt. Die am Modell­organismus gewonnenen Erkenntnisse lassen sich daher mit einiger Wahrscheinlichkeit auf verschiedene Nutzpflanzen übertragen. Künftige Forschungsarbeiten werden dabei helfen, den Mechanismus des Root Bending auch an anderen Pflanzen weiter zu erforschen und zu verstehen. Langfristiges Ziel der Forschenden ist es, eine eventuelle Übertragung auf Nutzpflanzen zu erreichen, um so in Zukunft ihre Staunässetoleranz zu erhöhen und Ertragseinbußen in der Landwirtschaft und im Garten zu verringern.  

Quellenangabe: Forscherinnen aus der Arbeitsgruppe Entwicklungsbiologie und Physiologie der Pflanzen am Botanischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) beschäftigen sich in diesem Zusammenhang mit den Auswirkungen der globalen Klimaveränderungen auf die Wachstumsbedingungen von Pflanzen.   

Monika Hermeling