Forschungsprojekt

Hydraulische Mechanismen von Pflanzen als Reaktionen auf Trockenstress

Projektbeginn: August 2018

Mittels magnetischer Turgor-Messsonden (Leaf Patch Clamp Pressure Probe, LPCP) werden die hydraulischen Mechanismen untersucht, die in die Dynamik der Beziehung Pflanze-Wasser involviert sind, nämlich Reaktionen der Pflanze auf Trockenstress. Im Vergleich zu anderen Methoden zur Messung des Wasserstatus von Pflanzen bietet die LPCP-Technik Vorteile, da sie den Wasserstatus kontinuierlich überwacht. 

LPCP-Versuch am IAPN zur Messung des Gewebeturgors im Blatt. (Foto: D. Jákli)

LPCP-Versuch am IAPN zur Messung des Gewebeturgors im Blatt. (Foto: D. Jákli)

Bei dieser Technik werden zwei kleine Magnete jeweils auf der adaxialen und abaxialen Seite eines kleinen Blattbereichs oder an einem anderen geeigneten Bereich der Pflanze angebracht. Die Anziehungskraft zwischen den beiden Magneten übt einen Druck (Pclamp) auf das zwischen ihnen liegende Blattgewebe aus. Ein Drucksensor in einem der Magnete misst den Ausgangsdruck (Pp), also den verbleibenden Druck, nachdem Pclamp vom Blatt gedämpft wurde. Pp wiederum ist umgekehrt proportional zum Turgor (Pc) des Gewebes. Mit dieser Technik können die relativen Veränderungen von Pc nicht-invasiv und kontinuierlich beobachtet werden. Das ermöglicht es, der Kinetik von Dehydration und Rehydratation, also der internen Redistribution von Wasser, über 24-Stunden-Skalen als Reaktion auf Behandlungen zu folgen.

 

Verschiedene Pflanzenarten wurden unter verschiedenen Umgebungsvoraussetzungen variierenden Versorgungsgraden mit Wasser ausgesetzt. Durchgeführt wurden die Experimente in einer Wachstumskammer unter kontrollierten Bedingungen und in einem Gewächshaus mit überwachter Temperatur und relativer Feuchtigkeit. Trockenstress wurde bei den hydroponisch gezogenen Pflanzen durch den Einsatz von Polyethylenglycol 6000 in der Nährlösung simuliert. 

Hysterese zwischen dem Patch-Clamp-Ausgangsdruck, Pp, und der Temperatur, beobachtet am Blatt einer Sojabohne (Glycine max) unter einem 16/8 Hell-Dunkel-Zyklus im Gewächshaus. (Quelle: Cabrita)

Hysterese zwischen dem Patch-Clamp-Ausgangsdruck, Pp, und der Temperatur, beobachtet am Blatt einer Sojabohne (Glycine max) unter einem 16/8 Hell-Dunkel-Zyklus im Gewächshaus. Die roten Pfeile zeigen das Fortschreiten der Messungen im Verlauf der Ortszeit an. (Quelle: Cabrita)

Erste Ergebnisse lassen erkennen, dass Pflanzen unter variierenden Wasserversorgungsregimen Wasser in ihrem Gewebe umverteilen und dabei die unterschiedlichen Wasserbedarfe von älterem und jüngerem Gewebe priorisieren. Gut hydratisierte Pflanzen zeigen eine hysteretische Beziehung zwischen Pp und Temperatur. Im Tagesverlauf steigt die Temperatur an und Pp verstärkt sich bis hin zu einem Maximum entsprechend der Verringerung des Turgors aufgrund von Transpiration. Ab Mittag verringert sich die Temperatur und damit die Transpiration. Als Folge vermindert sich Pp bis hin zu Levels, die vergleichbar sind mit den zuvor bei Sonnenaufgang beobachteten Werten. Die Form und Ausdehnung, die von der Hystereseschleife beschrieben werden, stehen im Zusammenhang mit der Kinetik und dem Hydratationszustand der Pflanze und damit dem Level an Trockenstress.

 

Die kontinuierliche Überwachung des Patch-Clamp-Ausgangsdrucks, Pp, erweist sich als effizienter Weg sowohl zur Beurteilung des Wasserstatus von Pflanzen als auch zur Unterstützung bei der Bewässerung und beim Wassermanagement.

 

 

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