Praxisbericht

Lehre am IAPN – Pflanzenernährung und Pflanzenphysiologie erleben

Die Lehrveranstaltungen am IAPN sind interaktiv aufgebaut. Auf diese Weise werden die Diskussion und die Nachhaltigkeit des Lehrens gefördert. In den Lehrmodulen sind sowohl Vorlesungen als auch praktische Übungen enthalten. Die Vorlesungen vermitteln die Theorie zum photosynthetischen Blattgaswechsel, zur Wassernutzungseffizienz und zur Pflanzenphysiologie unter Stress wie beispielsweise Nährstoffmangel. In den praktischen Übungen führen die Studierenden Messungen und biochemische Analysen an Pflanzenmaterial durch und lernen, die gewonnen Daten darzustellen und zu interpretieren.

 

Bachelorstudenten im konzentrierten Unterricht bei Juniorprofessorin Merle Tränkner. Die IAPN Forscherin demonstriert, wie sich Symptome unterschiedlicher Nährstoffdefizite erkennen lassen. (Foto: IAPN)

Bachelorstudenten im konzentrierten Unterricht bei Juniorprofessorin Merle Tränkner. Die IAPN Forscherin demonstriert, wie sich Symptome unterschiedlicher Nährstoffdefizite erkennen lassen. (Foto: IAPN)

 

Im Praxisversuch: Quinoa – salztolerante „Superfood-Pflanze“

Der aktuelle Bachelorkurs am IAPN trägt den Titel: „Pflanzenernährung trifft auf Pflanzenphysiologie – Experimentelles Arbeiten an der Schnittstelle beider Disziplinen“. Er richtet sich an Studierende der Agrarwissenschaften mit dem Schwerpunkt „Nutzpflanzenwissenschaften“. In dem Modul wird sowohl Fachwissen zur Nährstoffphysiologie der Pflanze als auch die Symptomatik der Mangelerscheinungen verschiedener Nährstoffe vermittelt. Geleitet wird der Kurs von der Juniorprofessorin des IAPN, Dr. Merle Tränkner, und dem wissenschaftlichen Mitarbeiter Dr. Ariel Turcios.

 

Dr. Ariel Turcios, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IAPN, erläutert die Reaktionen von Quinoa auf den Einfluss von Salzstress. (Fotos: IAPN)

 

Die Studierenden untersuchen hier unter anderem den Einfluss von Salzstress. Dabei vergleichen sie die Reaktionen einer salztoleranten mit denen einer salzempfindlichen Pflanze. Als salztolerante Pflanze wird Quinoa verwendet. Ihr Anbau ist in Ariel Turcios‘ Heimat Guatemala von hoher ökonomischer Bedeutung. Und nicht nur dort: Die Vereinten Nationen erklärten das Jahr 2013 zum „Internationalen Jahr der Quinoa“, und weltweit gewinnen die Samen der Pflanze als sogenanntes „Superfood“ immer mehr Beachtung. „Wir haben den Studentinnen und Studenten zunächst nicht verraten, welche Pflanze sie im Gewächshaus vor sich haben. Als sie erfuhren, dass es sich um Quinoa handelt, waren sie sehr interessiert. Man kennt ja gewöhnlich nur ihre Samen in Lebensmitteln, aber nicht die noch wachsende Pflanze“, so Juniorprofessorin Dr. Merle Tränkner. Und Dr. Ariel Turcios ergänzt: „Mir gefällt es besonders, den Studierenden den Anbau einer hier nicht beheimateten Nutzpflanze zu zeigen und damit Gemeinsamkeiten und Unterschiede in den weltweiten Produktionssystemen aufzuzeigen.“

 

Vom Vorlesungssaal in das Gewächshaus

In den Vorlesungen lernen die Studentinnen und Studenten die Funktionen von Nährstoffen in der Pflanze kennen. Im Fokus stehen dabei die Prozesse der Photosynthese und Transpiration. Weiterführend werden die verschiedenen Formen der Wassernutzungseffizienz und deren Berechnung gelehrt. Letztere basiert auf Messungen der Produktion von Zuckern, die während der Photosynthese hergestellt werden und für das Wachstum benötigt werden, und der Menge an Wasser, welches bei der Transpiration verbraucht wird. Die Transpiration wird durch abiotische Faktoren wie zum Beispiel Trockenheit oder Bodensalinität beeinflusst. Bei einer Bodensalinität liegt eine hohe Konzentration an Salzen im Boden vor – das durchaus vorhandene Wasser ist daher nur schwer für die Pflanze verfügbar.

Die in den Vorlesungen vermittelte Theorie zu den pflanzenphysiologischen Reaktionen wird experimentell mit der angewandten Forschung verknüpft. Hierfür wird ein Versuch angelegt, welcher parallel zu den Vorlesungen von den Studierenden betreut wird: Sie ziehen Pflanzen an und induzieren Nährstoffmangel, Salzstress, Trockenstress oder auch eine Kombination der Stressfaktoren. In den wöchentlichen praktischen Übungen werden dann an den Pflanzen Messungen durchgeführt. Dabei stehen der photosynthetische Blattgaswechsel und die Wassernutzungseffizienz im Fokus.

 

Messen, analysieren, lernen: Die Studierenden wenden moderne praktische Forschungsmethoden an. Auf diese Weise erlernen sie – zusätzlich zur Theorie in der Vorlesung – aktuelles Fachwissen zur Nährstoffphysiologie der Pflanze und zu den Symptomen von Nährstoffdefiziten. (Fotos: IAPN)

 

Ein allgemeines Merkmal von Nährstoffmangel ist die Verringerung der Photosyntheserate. Allerdings ist die Stärke der Verringerung abhängig von der Stärke des Mangels und obwohl der Zeitpunkt, an dem der Mangel induziert wurde, gleich ist, reagieren die Pflanzen unterschiedlich. Dies liegt unter anderem an der Mobilität der Nährstoffe innerhalb der Pflanze. Beispielsweise sind Kalium und Magnesium in der Pflanze verlagerbar, während Eisen nicht mobil ist. Dadurch kommt es zu ganz typischen Symptomen: Magnesium- und Kalium-Mangelpflanzen zeigen den Mangel an den älteren Blättern, während Eisenmangel an den jüngeren Blättern sichtbar wird. Dies lernen die Studentinnen und Studenten zu identifizieren und bei den Messungen zu berücksichtigen. Durch die Messungen gewinnen sie verschiedenste Daten und erstellen daraus einen Datensatz, den sie mittels angewandter Statistik lernen auszuwerten. Am Ende des Semesters stellt jeder Studierende seine ermittelten Daten den Modulteilnehmern in einer Präsentation vor. Diese Präsentation ist gleichzeitig ein Prüfungsbestandteil des Moduls.