Trockenheitsresistente Pflanzen durch Alkohol?

Veröffentlichungsdatum: , Sven Weschnowsky / TASPO Online

Arabidopsis nach zwei Wochen ohne Wasser und mit Erde, die mit (von links nach rechts) nur Wasser und mit 5, 10 und 15 mM Ethanol vorbehandelt wurde. 10 mM erwiesen sich als am wirksamsten.

Trockenheit und Dürre stellen Pflanzen vor große Herausforderungen. Japanische Wissenschaftler haben jetzt eine Methode entwickelt, wie eine kostengünstige Bodenbehandlung Pflanzen trockenheitsresistenter machen kann. Der Schlüssel dazu sei demnach Alkohol.

Zwei Wochen Trockenstress

Trinkt der Mensch zu viel Alkohol, wird dem Körper Wasser entzogen und nach einer Durchzechten Nach tritt der Nachdurst ein. Der Körper benötigt nun mehr Wasser als üblich, um nicht zu dehydrieren. Hat Alkohol bei Pflanzen die gleiche, oder etwa sogar eine gegensätzliche Wirkung? Dieser Frage gingen Wissenschaftler des Riken Center for Sustainable Resource Science in Japan nach. In Anbetracht steigender Weltbevölkerung und damit einhergehenden Bedarf an Nahrungsmitteln sind in Zeiten des Klimawandels mit Hitzeperioden, Dürre und zunehmender Wasserknappheit besonders trockenheitsresistente Pflanzen notwendig. Als Beispielpflanzen nahmen die Forscher Reis und Weizen und setzten die Pflanzen zwei Wochen lang ohne die Zugabe von Wasser Trockenstress aus.

Bodenbehandlung mit Ethanol

Die Forscher wollten einen Weg herausfinden, wie sie verhindern können, dass Pflanzen absterben, wenn sie über einen längeren Zeitraum keinen Zugang zu Wasser bekommen. Wasser sollte also in den Pflanzen gespeichert bleiben und die Spaltöffnungen sollten geschlossen bleiben. Ein Weg sei die gentechnische Veränderung von Pflanzen, was allerdings aufwändig, teuer und nicht überall erlaubt sei. Die japanischen Wissenschaftler verfolgten demnach einen anderen Ansatz. Wenn Pflanzen Wasser entzogen werde, produzieren diese Ethanol. Hier setzte die Studie an, da man annahm, dass eine Zugabe von Ethanol ein Austrocknen möglicherweise verhindern könne. Zunächst wurden die Pflanzen mit reichlich Wasser zwei Wochen in der Wachstumsphase gelassen. Anschließend wurde der Boden drei Tage lang mit Ethanol behandelt, gefolgt von einem zweiwöchigen Wasserentzug mit einem verblüffenden Ergebnis. Etwa 75 Prozent der mit Ethanol behandelten Weizen- und Reispflanzen überlebten nach der Wiederbewässerung, während weniger als 5 Prozent der unbehandelten Pflanzen überlebten.

Suche nach Gründen für Trockenheitsresistenz

Für die weitere Forschung nutzte das Team die Modellpflanze Arabidopsis. Hier stellten sie fest, dass die mit Ethanol behandelten Pflanzen kurz nach dem Wasserentzug die Spaltöffnungen schlossen und die Blatttemperatur ansteigen ließen. Am elften und zwölften Tag des Wasserentzugs wiesen die behandelten Pflanzen mehr Wasser in ihren Blättern auf als die unbehandelten Pflanzen. Die weitere Forschung ergab, dass die behandelten Pflanzen bereits vor dem Wasserentzug begannen, Gene zu exprimieren, die normalerweise bei Wasserentzug exprimiert werden. Außerdem begannen die mit Ethanol behandelten Pflanzen etwa zur gleichen Zeit, als der Wassergehalt in den unbehandelten Blättern sank, aus dem Ethanol Zucker herzustellen und Photosynthese zu betreiben. Gleichzeitig wird ein Teil des Ethanols zur Herstellung einer Vielzahl von Zuckern verwendet, die dringend benötigte Energie liefern, die bei geschlossenen Spaltöffnungen normalerweise nur schwer zu gewinnen ist.

Kostengünstige Möglichkeit

„Wir haben herausgefunden, dass die Behandlung gängiger Kulturpflanzen wie Weizen und Reis mit exogenem Ethanol die Pflanzenproduktion bei Trockenheit steigern kann. Wie bei Arabidopsis ist dies wahrscheinlich auf Veränderungen in den Metabolom- und Transkriptom-Profilen zurückzuführen, die die Reaktion auf Trockenheit regulieren“, erklärt Leiter der Studie Motoaki Seki. „Dies bietet uns eine kostengünstige und einfache Möglichkeit, die Ernteerträge auch bei Wasserknappheit zu steigern, ohne dass eine genetische Veränderung erforderlich ist."

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