Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nitrat als Antitranspirant

18.05.2011
Steigende Pegel von Nitrat und dem Hormon Abscisinsäure signalisieren einer Pflanze, dass sie Wasser sparen sollte. Wie entfalten die beiden Botenstoffe ihre Wirkung? Die Pflanzenforscher Rainer Hedrich und Dietmar Geiger von der Uni Würzburg haben es geklärt.

Trocknet der Boden aus, müssen Pflanzen ihren Wasserverbrauch einschränken. Dazu produzieren sie in der Wurzel das Hormon Abscisinsäure und schicken es über das Leitungssystem in die Blätter. Dort sorgt das Hormon im Verbund mit Nitrat dafür, dass die Blattporen sich schließen und kein wertvolles Wasser mehr verdunstet.

Über die Blattporen verlieren Pflanzen einen Großteil ihres Wassers. Verzichten können sie auf die Poren aber nicht, denn ohne sie wäre kein Austausch von Kohlendioxid und anderen Gasen mit der Umgebung möglich – und damit auch keine Photosynthese und kein Wachstum. Also müssen Pflanzen die Öffnungsweite der Blattporen bedarfsgerecht regulieren.

Schließzellen regulieren Weite der Blattporen

Ob die Blattporen zu oder auf sind, hängt von den bohnenförmigen Schließzellen ab. Sie sitzen in der Haut der Blätter; jeweils zwei von ihnen liegen sich gegenüber. Sind die Schließzellen prall mit Ionen und Wasser gefüllt, weichen sie auseinander und öffnen die Pore. Erschlaffen sie, wird die Pore immer kleiner, bis das Wasserdampf-Ventil am Ende ganz geschlossen ist.

Bei Trockenheit sind die Schließzellen der Zielort für das Hormon Abscisinsäure: „Wenn es dort ankommt, bindet es an seinen Rezeptor, der wiederum über zwei Enzyme den Anionenkanal SLAC1 reguliert“, sagt Professor Rainer Hedrich. Die Folge: Ionen und Wasser fließen aus den Schließzellen hinaus. Sie lassen gewissermaßen Druck ab, so dass die Poren sich schließen und die Wasserverdunstung aus den Blättern eingeschränkt wird.

Publikation in „Science Signaling“

Neue Erkenntnisse zu diesem Regulationsmechanismus stellen Professor Rainer Hedrich und Dr. Dietmar Geiger vom Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik der Universität Würzburg in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Science Signaling“ vor. Detailliert beschreiben sie die Natur des Anionenkanals SLAC1 sowie des neu entdeckten Anionenkanals SLAH3. Seine Besonderheit: Zur Aktivierung braucht er sowohl Abscisinsäure als auch Nitrat.

Nitrat als Co-Botenstoff der Abscisinsäure

Nitrat ist vor allem als Bestandteil landwirtschaftlicher Dünger bekannt. Pflanzen ziehen Nitrat aus dem Boden, transportieren es in die Blätter und nutzen es dort als Stickstoffquelle für die Produktion von Proteinen. Dieser Prozess kommt richtig in Schwung, wenn die Photosynthese auf Hochtouren läuft – denn sie liefert das Kohlenstoffgerüst, das der Pflanze als Grundbaustein für Proteine dient. Wenn die Photosynthese gut läuft, können die Blätter auch viel Nitrat verarbeiten.

Von der Wurzel in die Blätter gelangt das Nitrat in Wasser gelöst. Den Nachschub an Nitrat kann die Pflanze auf den Bedarf abstimmen, indem sie den Wasserstrom steigert oder bremst. Dazu öffnet oder schließt sie ihre Ventile – dadurch kann sie die Sogwirkung regulieren, die das über die Blätter verdunstende Wasser bis in die Wurzel hinein ausübt.

Schließzellen messen Nitratgehalt im Blatt

„Damit diese Regulation funktioniert, müssen die Schließzellen dazu in der Lage sein, den Nitratgehalt in ihrer Umgebung zu messen“, sagt Professor Hedrich. Steigt der Nitratgehalt im Blatt stark an, zeigt das der Pflanze an, dass sie zurzeit nicht mehr Nitrat verarbeiten kann, weil die Photosynthese nicht optimal arbeitet. Sie kann also in diesem Moment auf Kohlendioxid verzichten, die Blattporen schließen und so Wasser sparen. Nitrat wirkt in diesem Fall wie ein Antitranspirant.

Als Sensor für diesen Prozess haben die Würzburger Biophysiker den Anionenkanal SLAH3 identifiziert: Übersteigt der Nitratgehalt in den Schließzellen eine bestimmte Schwelle und liegt gleichzeitig eine kritische Menge Abscisinsäure vor, wird der Kanal aktiviert und setzt das Schließen der Blattporen in Gang.

Anionenkanal als multi-sensorischer Regler

Hedrichs Fazit: „Dieser Anionenkanal ist eine multi-sensorische Schnittstelle. Er misst das Verhältnis von Wasserverbrauch, Nitratgehalt und Photosyntheseleistung der Pflanze, integriert die Messwerte und reguliert als Reaktion darauf den Öffnungszustand der Blattporen.“ So ermöglicht er es der Pflanze, bei Trockenheit den Wasserverlust möglichst gering zu halten, ohne gleichzeitig die Photosyntheseleistung allzu stark einzuschränken.

"Stomatal Closure by Fast Abscisic Acid Signaling Is Mediated by the Guard Cell Anion Channel SLAH3 and the Receptor RCAR1”, Dietmar Geiger, Tobias Maierhofer, Khaled A.S. AL-Rasheid, Sönke Scherzer, Patrick Mumm, Anja Liese, Peter Ache, Christian Wellmann, Irene Marten, Erwin Grill, Tina Romeis und Rainer Hedrich, Science Signaling, 17. Mai 2011, Vol. 4, Issue 173, DOI: 10.1126/scisignal.2001346

Kontakt
Prof. Dr. Rainer Hedrich, T (0931) 31-86100, hedrich@botanik.uni-wuerzburg.de
Dr. Dietmar Geiger, T (0931) 31-86105, geiger@botanik.uni-wuerzburg.de

Robert Emmerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ionen gegen Herzrhythmusstörungen – Nicht-invasive Alternative zu Katheter-Eingriff
20.01.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

nachricht Leibwächter im Darm mit chemischer Waffe
20.01.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

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: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise