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 Usutu-Virus verringert Amselpopulation im Ausbruchsgebiet
22.11.2017 | Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin

nachricht 26 neue Zwergfrösche aus Madagaskar
22.11.2017 | Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns

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: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

Neues Elektro-Forschungsfahrzeug am Institut für Mikroelektronische Systeme

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Autonomes Fahren – und dann?

22.11.2017 | Verkehr Logistik

Material mit vielversprechenden Eigenschaften

22.11.2017 | Materialwissenschaften

Forscherteam am IST Austria definiert Funktion eines rätselhaften Synapsen-Proteins

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie