Trocken- und Salzstress

Mit zunehmender Bevölkerungszahl weltweit nimmt auch das Ackerland pro Kopf ab, während mehr Land degradiert wird. Es wird geschätzt, dass etwa 15 % der gesamten Landfläche der Welt aufgrund von Bodenerosion sowie physikalischer und chemischer Degradierung, einschließlich Bodenversalzung, beeinträchtigt sind. Trocken- und Salzstress sind wichtige abiotische Faktoren, die als schwerwiegende und weitreichende Umweltstressfaktoren das Pflanzenwachstum und die Produktivität von Nutzpflanzen erheblich beeinflussen.

Trockenstress wirkt sich negativ auf das Pflanzenwachstum und die Produktivität aus. Landwirtschaftlicher Trockenstress entsteht, wenn der Pflanze nicht die erforderliche Menge an Feuchtigkeit durch Niederschlag oder Bewässerung für ihr Wachstum und ihre Entwicklung zur Verfügung gestellt wird. Wasserknappheit, hauptsächlich aufgrund von Mangel an Regen, der oft unregelmäßig verteilt ist, stärkeren Regenfällen, die zu einer geringeren Speicherkapazität führen, und unsachgemäßem Wasserressourcen-Management, erhöhen die Risiken für Dürreperioden.

Salzstress wird durch die Akkumulation von übermäßigen Salzkonzentrationen im Boden verursacht, die schließlich in einer Hemmung des Pflanzenwachstums resultiert (Phase I), zum Absterben der Pflanzen führt (Phase II) und damit die landwirtschaftliche Produktivität verringert. In Phase I nimmt die Verfügbarkeit von Wasser für Pflanzen aufgrund des negativen Wasserpotentials in der Rhizosphäre ab, wodurch das Pflanzenwachstum gehemmt wird. In Phase II tritt Ionentoxizität auf, wenn die Exklusionsmechanismen und internen Kompartimentierungsprozesse überlastet sind. Von Salz betroffene Böden kommen auf allen Kontinenten und unter fast allen klimatischen Bedingungen vor. Weltweit ist das Defizit an Niederschlagsmengen der Hauptfaktor für die Entwicklung salzhaltiger Böden. Die meisten von Salz betroffenen Böden befinden sich in den ariden und semiariden Regionen im Vergleich zu den humiden Regionen.

Diese abiotischen Stressfaktoren wirken sich auf vielfältige Weise auf Pflanzen aus, zum Beispiel als Ernährungsstörungen, oxidativer Stress, Verringerung der Zellteilung und -expansion, Veränderungen von Stoffwechselprozessen und in der Synthese von photosynthetischen Pigmenten.

Aufgrund von Wasserknappheit und Versalzung sind neue Anbautechniken, die Verwendung alternativer potenzieller Nutzpflanzen zur Nutzung von Flächen, die für den Anbau traditioneller Nutzpflanzen nicht geeignet sind, und die Entwicklung neuer Strategien des Düngemanagements erforderlich. In diesem Zusammenhang forschen wir am IAPN zur Bedeutung von Kalium (K⁺) und Magnesium (Mg²⁺) bei abiotischem Stress. K⁺ und Mg²⁺ sind Kationen, die mit Natrium-Ionen (Na⁺) konkurrieren können, wobei letztere in salzhaltigen Böden in hohen Konzentrationen vorkommen. Da Na⁺ in die K⁺-Homöostase eingreift, insbesondere aufgrund seiner Beteiligung an zahlreichen Stoffwechselprozessen, ist die Aufrechterhaltung eines ausgeglichenen zytosolischen Na⁺/K⁺-Verhältnisses ein Schlüsselmechanismus für die Salztoleranz.