Langzeitstudie zu wetterbedingten Stresserfahrungen bei Pflanzen

Erfahrung mit Trockenheit macht widerstandsfähiger bei Dürre

Können Pflanzen aus Erfahrung lernen? Wirken sich frühere klima- und wetterbedingte Stresserfahrungen darauf aus, wie sie auf nachfolgende Extremereignisse - beispielsweise lange Dürreperioden - reagieren? Eine neue Langzeitstudie, die ein Forschungsteam um Prof. Dr. Anke Jentsch an der Universität Bayreuth durchführte, spricht für diese Annahme.

Im Ökologisch-Botanischen Garten der Universität Bayreuth wurde das Experiment 2005 aufgebaut. Es umfasst 85 Freiland-Versuchsflächen mit unterschiedlichen Vegetationstypen - Pflanzengemeinschaften, wie sie in Mitteleuropa für Grünland oder Heidelandschaften charakteristisch sind. Zusätzlich wurden Monokulturen mit typischen Grünland-/Heidearten eingerichtet. Von Anfang 2005 bis Ende 2010 erlebten alle Pflanzen dieselben natürlichen Trockenzeiten, wurden jedoch unterschiedlich mit Wasser versorgt. Einige Versuchsflächen durchlebten jährlich eine mehrwöchige, künstliche Trockenzeit, andere künstliche Starkregenfällen, wieder andere erhielten regelmäßig eine moderate Bewässerung. Die Kontrollflächen erfuhren nur die natürlichen Wetterverhältnisse. 2011 wurden dann alle Versuchsflächen einer extremen Dürreperiode - 104 Tage am Stück ohne Wasser - ausgesetzt. Zuvor hatte das Forschungsteam sichergestellt, dass alle Flächen eine gleich starke Bewässerung erhielten, um einheitliche Ausgangsbedingungen geschaffen.

Frühere Stressbelastungen härten ab

Am Ende der Dürreperiode zeigte sich, dass die Pflanzen in der für Heidelandschaften typischen Vegetation insgesamt weniger stark unter der Trockenheit gelitten hatten als die Pflanzen auf den Grünlandflächen. Weitere Analysen förderten Unterschiede zutage, die offensichtlich mit den Stressbelastungen in den Vorjahren zusammenhingen. Diejenigen Pflanzen, die eine regelmäßige Bewässerung gewohnt waren und nur zwei natürliche Dürretage im Zeitraum 2008 bis 2010 erfuhren, kamen mit dem lang anhaltenden Dürrestress am schlechtesten zurecht. Der Anteil des verwelkten und abgestorbenen Gewebes war bei diesen Pflanzen signifikant höher. Pflanzen, die in den Vorjahren milde und stärkere Dürreperioden durchgestanden hatten, reagierten mit einer höheren Widerstandsfähigkeit.

"Beim derzeitigen Forschungsstand kommen verschiedene Ursachen infrage", erklärte die Biogeographin Sabrina Backhaus. "Möglicherweise bewirken frühere, durch Trockenheit bedingte Stresserfahrungen, dass sich in den Pflanzen spezifische Proteine ansammeln, die ihnen eine schnelle Reaktion auf den erneuten Stress ermöglichen und somit ein geringeres Absterben von Biomasse bewirken." Besonders spannend sei zudem die Überlegung, ob bei dem "Stressgedächtnis" der Pflanzen auch epigenetische Veränderungen im Spiel sind, also eine durch die früheren Stresserfahrungen verursachte Modifikation des Erbguts.

Pflanzengemeinschaften beeinflusst Reaktion auf Extremwetter

Die Ergebnisse lassen auch vermuten, dass die Pflanzen-Nachbarn einen Einfluss darauf haben, wie einzelne Pflanzen auf extreme Trockenzeiten reagieren. Heidelbeersträucher, die zusammen mit Besenheide wuchsen, zeigten auf Versuchsflächen, die vor 2011 jährlich künstlich erzeugte Trockenzeiten erlebt haben, ein stärkeres Absterben ihrer Biomasse als auf den Kontrollflächen. Der gegenteilige Effekt ließ sich beobachten, waren die Heidelbeersträucher unter sich. Jene Versuchsflächen zeigten ein geringeres Absterben der Biomasse. Auch der Spitzwegerich scheint, je nachdem mit welchen Pflanzen er zusammen wächst, eine unterschiedliche Widerstandsfähigkeit gegenüber extremer Dürre zu entwickeln. brs

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