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 Designerviren stacheln Immunabwehr gegen Krebszellen an
26.05.2017 | Universität Basel

nachricht Wachstumsmechanismus der Pilze entschlüsselt
26.05.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften