Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erlebter Dürrestress erhöht die Widerstandsfähigkeit gegenüber extremer Dürre

26.08.2014

Können Pflanzen aus Erfahrung lernen? Wirken sich frühere klima- und wetterbedingte Stresserfahrungen darauf aus, wie Pflanzen auf nachfolgende Extremereignisse – beispielsweise eine lange Dürreperiode – reagieren?

Eine neue Langzeitstudie, die ein Forschungsteam um Prof. Dr. Anke Jentsch an der Universität Bayreuth in der Fachzeitschrift „Ecosystems“ vorstellt, spricht für diese Annahme. Wie sich herausgestellt hat, sind Pflanzen gegen extreme Dürre besser gewappnet, wenn sie in den Vorjahren wiederholt Trockenperioden überstanden haben. Dabei wird ihr ‚Stressgedächtnis‘ möglicherweise auch von den Interaktionen mit Pflanzen in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft beeinflusst.


Versuchsfläche im Ökologisch-Botanischen Garten der Universität Bayreuth. Auf 85 Versuchsflächen wurden unterschiedliche Vegetationstypen einer extremen Dürre ausgesetzt.

Foto: Prof. Dr. Anke Jentsch, Universität Bayreuth; mit Quellenangabe zur Veröffentlichung frei.

Extreme Dürre auf Freilandflächen mit unterschiedlicher Vorgeschichte

Im Ökologisch-Botanischen Garten der Universität Bayreuth wurde 2005 ein Experiment aufgebaut, das 85 Freiland-Versuchsflächen mit unterschiedlichen Vegetationstypen umfasst. Es handelt sich dabei um Pflanzengemeinschaften, wie sie in Mitteleuropa für Grünland bzw. für Heidelandschaften charakteristisch sind. Zusätzlich wurden Monokulturen mit typischen Grünland-/Heidearten eingerichtet.

Sechs Jahre lang, von Anfang 2005 bis Ende 2010, erlebten alle Pflanzen dieselben natürlichen Trockenzeiten, jedoch wurden sie in unterschiedlicher Weise mit Wasser versorgt. Einige Versuchsflächen erlebten in jedem Jahr eine mehrwöchige, künstlich erzeugte Trockenzeit; andere wurden in jedem Jahr künstlich erzeugten Starkregenfällen ausgesetzt; andere wiederum erhielten – abgesehen von den natürlichen Trockenzeiten – durchgehend eine regelmäßige moderate Bewässerung. Darüber hinaus gab es Kontrollflächen, die allein den natürlichen Wetterverhältnissen ausgesetzt waren.

Von Mai bis August 2011 wurden alle Versuchsflächen einer extremen mehrmonatigen Dürreperiode ausgesetzt. Sie mussten an 104 aufeinander folgenden Tagen ohne Wasser auskommen. Speziell angefertigte durchsichtige Tunnelzelte aus Kunststoff-Folien schirmten die Versuchsflächen von Niederschlägen ab. Das Forschungsteam hatte vor dem Beginn der Dürre sichergestellt, dass die Pflanzen auf allen Flächen eine gleich starke Bewässerung erhielten. Daher waren die Ausgangsbedingungen bezüglich der Wasserversorgung unmittelbar vor der extremen Dürreperiode im Jahre 2011 auf allen Versuchsflächen gleich; nur hatten die Pflanzen unterschiedlich starke Stressbelastungen hinter sich.

Frühere Stresserfahrungen helfen bei der Bewältigung von erneutem Stress

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 mehr oder weniger starken 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 pflanzlichen Gewebes, das verwelkte und abstarb, war bei diesen Pflanzen signifikant höher. Umgekehrt reagierten Pflanzen, die in den drei Vorjahren milde und stärkere Dürreperioden durchgestanden hatten, auf die extreme Dürre mit einer höheren Widerstandsfähigkeit.

Epigenetische Veränderungen? Auf der Suche nach Erklärungen

Wie sind diese Unterschiede zu erklären? „Beim derzeitigen Forschungsstand kommen verschiedene Ursachen infrage“, erklärt Dipl.-Biogeographin Sabrina Backhaus, die auf den Bayreuther Versuchsflächen die extreme Dürreperiode 2011 untersucht, die Reaktionen der Pflanzen ermittelt und die dabei gewonnenen Daten ausgewertet hat.

„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 ist die weiterreichende Überlegung, ob bei dem ‚Stressgedächtnis‘ der Pflanzen auch epigenetische Veränderungen im Spiel sind, also eine durch die früheren Stresserfahrungen verursachte Modifikation des Erbguts. Dies wurde bereits in anderen Studien entdeckt“, so die Bayreuther Nachwuchswissenschaftlerin.

Interaktionen zwischen unterschiedlichen Pflanzenarten: ein unterschätzter Faktor

Die Ergebnisse der im Jahr 2011 künstlich herbeigeführten extremen Dürre lassen vermuten, dass Pflanzen in der unmittelbaren Nachbarschaft möglicherweise 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, die vor 2011 durchweg den natürlichen Wetterverhältnissen ausgesetzt waren.

Der gegenteilige Effekt ließ sich jedoch beobachten, wenn die Heidelbeersträucher unter sich waren, also in einer Monokultur wuchsen. Sie zeigten dann unter extremer Dürre auf Versuchsflächen, die vorher künstlich erzeugte Trockenzeiten überstanden hatten, ein geringeres Absterben der Biomasse als auf den Kontrollflächen. In ähnlicher Weise scheint auch der Spitzwegerich eine unterschiedliche Widerstandsfähigkeit gegenüber extremer Dürre zu entwickeln; je nachdem mit welchen Pflanzen er zusammen wächst.

„Künftige Forschungsarbeiten zum Stressgedächtnis von Pflanzen sollten die Interaktionen zwischen Pflanzen, die verschiedenen Spezies angehören, gründlicher in den Blick nehmen, als dies bisher geschehen ist“, fordert Prof. Jentsch im Hinblick auf die in Bayreuth erzielten Ergebnisse. „Solche Forschungsprojekte sind nicht zuletzt auch deshalb von besonderem Interesse, weil extreme Wetterereignisse – wie beispielsweise lange Dürreperioden – in den kommenden Jahrzehnten voraussichtlich häufiger vorkommen als bisher.“

Veröffentlichung:

Sabrina Backhaus, Juergen Kreyling, Kerstin Grant, Carl Beierkuhnlein, Julia Walter,
and Anke Jentsch,
Recurrent Mild Drought Events Increase Resistance Toward Extreme Drought Stress,
in: Ecosystems, Volume 17, Issue 6, pp 1068-1081 (2014),
DOI: 10.1007/s10021-014-9781-5

Kontakt:

Prof. Dr. Anke Jentsch
Professur für Störungsökologie
Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER)
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 55 2290
E-Mail: Anke.Jentsch@uni-bayreuth.de (wieder ab 1.9.2014)
und: Sabrina.Backhaus@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterien aus dem Blut «ziehen»
07.12.2016 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle
07.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Das Universum enthält weniger Materie als gedacht

07.12.2016 | Physik Astronomie

Partnerschaft auf Abstand: tiefgekühlte Helium-Moleküle

07.12.2016 | Physik Astronomie

Bakterien aus dem Blut «ziehen»

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie