Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Pflanzen auf versalzten Böden wachsen können

08.07.2016

Die zunehmende Versalzung von Böden ist für die Landwirtschaft weltweit ein Problem. Wissenschaftler der Universität Würzburg haben jetzt untersucht, wie Pflanzen die Salzaufnahme regulieren. Ihre Ergebnisse könnten für die Züchtung salzresistenter Arten von Bedeutung sein.

Das weiß vermutlich jeder noch aus dem Schulunterricht: Salz besteht aus dem Kation Natrium und dem Anion Chlorid. Der Stoff, der in der Küche für die richtige Würze sorgt, bereitet der Landwirtschaft allerdings seit geraumer Zeit große Probleme:


Modell der Chloridvermeidung auf versalzten Böden.

Grafik: Dietmar Geiger

In Zeiten des Klimawandels müssen immer mehr landwirtschaftliche Flächen bewässert werden. Das führt zwangsläufig zu einer zunehmenden Versalzung der Böden, also zu einer Anreicherung von Natrium- und Chlorid-Ionen.

Pflanzen, die auf solchen Böden wachsen, tun sich in der Regel schwer. Der Grund: Höhere Dosen von Chlorid wirken sich toxisch auf ihre Entwicklung aus. Im Gegensatz dazu benötigen sie das Anion Nitrat als wichtigste Stickstoffquelle für den Aufbau von Proteinen und der Vervielfältigung ihres Erbguts, der DNA.

Die Würzburger Pflanzenwissenschaftler Dietmar Geiger und Rainer Hedrich haben jetzt untersucht, ob und wie Pflanzen zwischen dem Nährstoff Nitrat und dem Schadstoff Chlorid unterscheiden können. Die Ergebnisse ihrer Arbeit stellen sie in der aktuellen Ausgabe der hochrangigen Fachzeitschrift Current Biology vor.

Zwei Kanäle filtern Nitrat und Chlorid

Langgestreckte Zellen, die den Pflanzenkörper wie ein Röhrensystem durchziehen, leiten Wasser und Nährstoffe von der Wurzel in den Spross. Spezialisierte Zellen im Inneren der Wurzel beladen dieses Leitsystem mit Nährstoffen, die aus dem Boden aufgenommen wurden. In diesen Ladestationen haben die Würzburger Pflanzenforscher zwei Anionenkanäle SLAH1 und SLAH3 entdeckt, die den Durchlass von Nitrat und Chlorid vermitteln.

In Zusammenarbeit mit der spanischen Arbeitsgruppe um Dr. Colmenero-Flores haben die Wissenschaftler gentechnisch veränderte Pflanzen untersucht, denen SLAH1 oder SLAH3 fehlten.

Diese Mutanten hatten nur noch die Hälfte an Chlorid-Ionen im Saft, der im Leitgewebe zum Spross hinaufsteigt. Der Gehalt an Nitrat blieb hingegen unverändert. Daraus schlossen die Wissenschaftler, dass beide Anionenkanäle den Eintritt von Chlorid in den Spross kontrollieren.

Biophysikalische Studien finden den Chlorid-Schalter

Um den für Nitrat verantwortlichen Anionenfilter in den Kanälen zu finden, haben die Forscher anschließend die Kanalmoleküle genauer unter die Lupe genommen. Dazu haben sie den Anionenstrom durch SLAH1 und SLAH3 direkt mit biophysikalischen Verfahren gemessen.

„Dabei mussten wir feststellen, dass SLAH1 gar keine eigene Anionen-Leitfähigkeit besitzt und SLAH3 maßgeblich Nitrat leitet“, schildert Professor Rainer Hedrich das unerwartete Ergebnis.

Die Erklärung für diesen merkwürdigen Befund fanden die Wissenschaftler im Zuge weiterer Untersuchungen: „Der vermeidliche Wiederspruch zwischen den Nitrat- und Chlorid-Gehalten in den Versuchspflanzen und Mutanten klärte sich auf, als wir beide Anionenkanäle zusammenbrachten“, so Professor Dietmar Geiger. Dabei zeigt sich: Beide Kanäle bilden einen funktionellen Komplex. „Immer wenn SLAH1 in den Komplex eintritt, schaltet der Anionenfilter in SLAH3 von Nitrat auf Chlorid um und umgekehrt“, so Geiger.

Wo spielt dieser Schalter eine Rolle? Eine Antwort auf diese Frage konnten die spanischen Kollegen liefern. Um die Identität des Chlorid-Nitrat-Schalters in der Pflanze zu bestimmen, haben sie diesen versalzte Böden vorgespielt. Je höher die Salzbelastung war, die die Wurzeln der Versuchspflanzen verspürten, desto mehr SLAH1 wurde dem Anionen-Kanalkomplex entzogen.

Hedrich: „Dabei tritt der Chlorid-leitende Komplex nach und nach in einen Nitrat-leitenden Zustand über“. Die Pflanze schafft es auf diese Weise, die Ernährung mit der lebenswichtigen Stickstoffquelle Nitrat aufrecht zu erhalten, ohne am versalzungsbedingten Anstieg der Chlorid-Konzentration Schaden zu nehmen.

Ergebnisse in „Current Biology“ publiziert

Mit ihren Untersuchungen zur Salztoleranz von Pflanzen haben die Würzburger Pflanzenwissenschaftler Dietmar Geiger und Rainer Hedrich mit Fachkollegen aus Sevilla und Riad ein völlig neuartiges Konzept zur Regulation der Anionen-Aufnahme in die Leitgewebe der Wurzel zeigen können. Die Entdeckung des regulatorischen Anionen-Kanals SLAH1 wird ihren Worten nach in Zukunft nicht zuletzt Auswirkungen auf die Optimierung der Salztoleranz von Nutzpflanzen haben.

Silent S-type anion channel subunit SLAH1 gates SLAH3 open for chloride root-to-shoot translocation, Paloma Cubero-Font, Tobias Maierhofer, Justyna Jaslan, Miguel A. Rosales, Joaquín Espartero, Pablo Díaz-Rueda, Heike M. Müller, Anna-Lena Hürter, Khaled A.S. AL-Rasheid, Irene Marten, Rainer Hedrich, José M. Colmenero-Flores, Dietmar Geiger, Current Biology, online publiziert am 7. Juli 2016, http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.06.045

Kontakt

Prof. Dr. Dietmar Geiger, Lehrstuhl für Botanik I (Pflanzenphysiologie und Biophysik)
T (0931) 31-86105, geiger@botanik.uni-wuerzburg.de

Gunnar Bartsch | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht Feuerbrand bekämpfen und Salmonellen nachweisen
14.06.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Das Potenzial nichtheimischer Baumarten für den forstlichen Anbau in Deutschland sachlich prüfen
14.06.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften