Wurzeln, Boden, Trockenheit

Schrumpfungsprozesse und Wasserverschwendung

Pflanzenwurzeln können bei Trockenheit so weit schrumpfen, dass sie den Kontakt zum Boden verlieren. Forscher des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung in Halle (UFZ) haben jetzt diese Vermutung bestätigt. Sie haben Wurzeln der Weißen Lupine im sandigen Boden untersucht und die Änderung an der Grenzfläche Boden-Wurzel bei Austrocknung und Wiederbewässerung untersucht.

Dauerhafte Schäden?
Mit Hilfe von Röntgentomografie haben die Experten die Wurzel unter die Lupe genommen und einen Luftspalt entdeckt, der beim Schrumpfen der Wurzel bei Trockenheit entsteht. „Diese Interaktionen zwischen der Bodenstruktur und den biologischen Aktivitäten machen die Schnittstelle zwischen Boden und Wurzeln zu einem komplexen, dynamischen Biomaterial, dessen Bedeutung erst langsam verstanden wird“, erklärt Dr. Andrea Carminati vom UFZ. Nach einer erneuten Bewässerung schwollen die Wurzeln zwar wieder an, doch stellten sie den „alten“ Kontakt nicht wieder her. Jetzt wollen die Experten untersuchen, ob Trocknungsprozesse und das Schrumpfen der Wurzel die Pflanze dauerhaft schädigen kann und ihre Wasser- und Nährstoffaufnahme behindert.

Wassersparen verlernt
Einem anderen Problem ist die Universität Würzburg auf der Spur. Auch Rainer Hedrich vom Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik interessiert sich für die Folgen lang anhaltender Trockenheit und steigender Temperaturen für die Pflanzen: „Durch die Jahrhunderte lange Züchtung unserer heutigen Kulturpflanzen haben diese an Vitalität eingebüßt. Unsere Ackerpflanzen haben, überspitzt gesagt, das optimale Wassersparen verlernt.“
Im Verlauf der Photosynthese gibt die Pflanze Wasserdampf ab, was kein Problem ist, stehe ihr genügend Wasser zur Verfügung. Bleibt aber der Regen aus, so Prof. Hedrich, kann sie keines mehr über die Wurzeln aufnehmen und verliere gleichzeitig vermehrt Wasser an die immer trockener werdende Luft.
Die Pflanzen regeln die Wasserdampfabgabe über Poren, die von Schließzellen gesteuert werden. Das öffnen und schließen der Zellen wird durch das Hinein- und Herausschleusen von positiv geladenen Kalium- und negativ geladenen Chlorid-Ionen durch bestimmte Kanäle gesteuert. „Beim Wassersparen kommt den Anionenkanälen der Schließzellen eine entscheidende Rolle zu“, so Prof. Hedrich. Die Pflanze könne bei Austrocknung des Bodens ein Hormon an die Schließzelle senden, dass die Anionenkanäle öffnet und den Prozess in Gang setzt, der die Poren schließt.
Das wissen um die physiologischen Vorgänge könne der Landwirtschaft helfen, den Klimawandel zu bewältigen. Möglicherweise helfe das Wissen, die Kulturpflanzen für den Klimawandel fit zu machen. Vorbild: Die „Rose von Jericho“, die sogar vollständiges Austrocknen übersteht.

Lesestoff:
Carminati, A., Vetterlein, D., Weller, U., Vogel, H. J., Oswald, S. E. (2009): When roots lose contact, Vadose Zone J. 8 (2), 805-809 http://dx.doi.org/10.2136/vzj2008.0147
Geiger, D., Scherzer, S., Hedrich, R. et al. „Activity of guard cell anion channel SLAC1 is controlled by drought-stress signaling kinase-phosphatase pair“. Online: www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0912021106

roRo; Fotos: UFZ und Uni Würzburg