Pflanzen leiden unter Embolien

Austrocknung und Schäden an Blättern erstmals live beobachtet

Mit einem einfachen Mikroskop und einem Scanner ist es australischen und französischen Forschern gelungen, die Effekte anhaltender Trockenheit in Blättern in Echtzeit zu beobachten. Trockenstress ruft gefährliche Luftblasen hervor, die in den Blattadern den Wasserstrom unterbrechen. Dabei konnte eine Regel bei der Herausbildung dieser Embolien festgestellt werden. Der Abriss des Wasserstroms durch Trockenstress und die Bildung von Embolien beginnen, der Studie zufolge, immer in den größten Blattadern und breiten sich von diesen im Gesamtnetzwerk der Blattadern aus. Wie anfällig oder tolerant Blätter sind, hängt dabei von der genetisch vorgegebenen Architektur der Blattadernetzwerke ab.

Trockenheit führt zu Embolie

Pflanzen nehmen Wasser aus dem Boden über die Wurzeln auf. Sie transportieren es unter hoher Spannung durch die ganze Pflanze bis in die Blätter. Sie sind von einem feinen Netz aus Blattadern durchzogen, die dem Wasser- und Stofftransport in jeden Bereich der Blätter dienen. An den Blättern befinden sich spezialisierte Zellverbünde, die Spaltöffnungen oder Stomata, über die das Wasser in Form von Wasserdampf entweicht und die Blätter kühlt. Diese Transpiration erzeugt einen Sog, durch den neues Wasser aus dem Boden regelrecht herausgesogen wird (Transpirationssog). Kommt es zu einer ausgeprägten Trockenheit, wird der kreislaufähnliche Weg des Wassers gestört. Im Extremfall kommt es zu bleibenden Schäden an den Pflanzen. Es können sich Luftblasen im Leitgewebe bilden, die die Wasserleitungen blockieren. Analog zum Verschluss von Blutgefäßen beim Menschen spricht man auch bei der Verstopfung der Blattadern durch Luftblasen von einer Embolie.

Um dieses Phänomen, zu untersuchen, hat ein Forscherteam Blätter fünf unterschiedlicher Pflanzen, darunter drei Farne, je ein Vertreter der Gattung Adiantum, Pteris sowie Goniophlebium), ein Eukalyptus (Eucalyptus globulus) und eine Eiche (Quercus robur), genauer unter die Lupe genommen. Denn die Entstehung und Verbreitung von Embolien im Blatt sind bisher noch nie sichtbar gemacht worden. Die Forscher verwendeten ein Mikroskop mit geringer Vergrößerung, einen einfachen Scanner, ein Stereomikroskop und einen Filmscanner. Sie simulierten bei den Versuchspflanzen eine Dürre und beobachteten die Veränderungen.

Embolien beginnen in größten Adern

Danach wurde deutlich, dass alle Blätter eine Zeit lang der Trockenheit trotzen können, bevor Embolien auftauchen. Je nach Art konnte das 30 Minuten oder 70 Stunden sein, bis ein Effekt auftrat. Unabhängig von der untersuchten Pflanzenart, konnten die Forscher jedoch ein klares Muster beobachten: Embolien beginnen immer zuerst in den größten Blattadern und schreiten von da in kleinere fort. Zuerst reißt also in den größten Blattadern der Wasserstrom bei Dürren ab.

Auch die räumliche Struktur der Blattadern ist entscheidend, ob Blättern gut oder weniger gut mit Trockenstress umgehen können. Das bewies ein Vergleich der untersuchten Pflanzen, deren Blattadersystem sich im Aufbau unterschied. Je mehr große Blattadern vorhanden sind und je stärker alles auf eine zentrale Blattader ausgerichtet ist, wie es bei Farnen der Fall ist, desto schneller vertrocknen die Blätter.

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Verlauf an fünf Pflanzen beobachtet

Die Forscher konnten erstmals die Entstehung von Embolien in Blättern sichtbar machen und ihren Verlauf beobachtet. Zwar nur an fünf Pflanzen, weshalb noch an anderen Blatttypen getestet werden muss. Aber bereits die erste Anwendung der Studie beweist, dass die Visualisierungstechnik dabei helfen kann, zu verstehen, wie sich Pflanzen vor Embolien schützen können. Es lässt auch Rückschlüsse auf die Evolution der Pflanzen zu. Denn die evolutionär sehr alten Farne - sie bevölkern seit etwa 400 Millionen Jahren die Erde und zählen stammesgeschichtlich zu den ältesten Pflanzen sind wegen ihrer Blattaderstruktur deutlich anfälliger für Embolien.

Da der Wassermangel weiter zunehmen wird, wird das Wissen um die Entstehung von trockenstressbedingten Embolien helfen, Pflanzen mit einer anderen Architektur der Blattadern zu züchten. Die Fähigkeit, besser mit Trockenheit umzugehen, verhilft Pflanzen auch zu einer effizienteren Photosynthese.

pflanzenforschung.de

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