Forscher bringen Pflanzen dazu, Wasser zu sparen

Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) um den Botaniker Prof. Dr. Erwin Grill haben herausgefunden, wie Pflanzen dazu gebracht werden können, Wasser zu sparen ohne ihr Wachstum zu reduzieren. Zu Hilfe kam ein Modus, der es Pflanzen erlaubt, Kohlendioxid mit weniger Wasserverlust aufzunehmen.

Der Wassersparmodus wird von den Pflanzen bei Wassermangel aktiviert. Die Forscher am Wissenschaftszentrum Weihenstephan identifizierten das auslösende Signal und schalteten den Sparmodus permanent ein. Ihre Forschungsergebnisse präsentierten sie kürzlich in der Wissenschaftszeitschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA).

Über die Spaltöffnungen des Blattes können Pflanzen den Gasaustausch von Kohlendioxid (CO²) und Wasserdampf steuern. Ein Schließen der Spaltöffnungen verringert den Wasserverlust, behindert aber auch die Aufnahme. Je nach Temperatur und Luftfeuchtigkeit kostet die Aufnahme eines CO²-Moleküls die Pflanze etwa 500 bis 1000 Moleküle Wasser. Pflanzen vermögen jedoch unter Wassermangel die interne CO²-Konzentration zu verringern und dadurch den CO²-Einstrom in die Blätter wirkungsvoller zu machen.

"Die Wasserkosten der CO²-Aufnahme können Pflanzen halbieren", sagt Grill, "jedoch schalten Pflanzen nur bei Wasserknappheit in diesen Wassersparmodus." Pflanzen mit einem ständig aktivierten Wassersparmodus könnten dem Boden Feuchtigkeit bewahren, die später bei Trockenheit für Wachstum und Überleben zur Verfügung stünde.

Wie das Wissenschaftler-Team herausfand, ist ein Pflanzenhormon namens Abscisinsäure verantwortlich für das Umschalten in den Sparmodus. Das Hormon wird bei Wassermangel vermehrt gebildet. Es gibt in der Modellpflanze Arabidopsis, 14 für dieses Hormonsignal zuständige Pflanzenrezeptoren. Die Weihenstephaner Forscher konnten zeigen, dass eine vermehrte Bildung mancher dieser Rezeptoren, die Pflanzen schon bei guter Wasserversorgung in den Wassersparmodus wechseln lässt. Drei der Rezeptoren beeinträchtigten das Pflanzenwachstum nicht. Bis zu 40 Prozent des zuvor benötigten Wassers konnte bei unveränderter Wuchsleistung der Pflanzen eingespart werden. TUM