Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einbahnstraße für das Salz

21.09.2018

Quinoa hat es als Nahrungsmittel in europäische Supermärkte geschafft. Die robuste Pflanze gedeiht auch auf versalzten Böden. Forscher der Universität Würzburg haben nun herausgefunden, wie sie das Salz entsorgt.

Ein Anstieg der Weltbevölkerung bedeutet zugleich einen erhöhten Bedarf an Nahrungsmitteln, der einen Anstieg der landwirtschaftlichen Flächen beinhalten kann. Mehr Landwirtschaft führt jedoch besonders für Nutzpflanzen, wie Mais und Weizen – vor allem in trockenen Regionen – zu vermehrter Bewässerung.


Quinoa speichert Salz in den Blasenhaaren auf ihren Blättern.

Foto: Jennifer Böhm

Diese führt bei gleichzeitiger Düngung zur Versalzung der Anbaufläche. Um versalzte Böden nutzen zu können, sind Pflanzen von großem Interesse, die von Natur aus salztolerant sind. Zu diesen sogenannten Halophyten zählt das Pseudogetreide Quinoa (Chenopodium quinoa). Quinoa stammt aus den Anden und ist eine äußerst robuste Pflanze.

In dem südamerikanischen Gebirge wird das getreideähnliche Gewächs seit 7000 Jahren als Nahrungsmittel genutzt. Die glutenfreien und vitaminreichen Samen haben es mittlerweile auch in die Regale europäischer Supermärkte geschafft.

Quinoa entgiftet Salz mittels Blasenzellen

Die vitamin- und mineralreiche Quinoa bildet Blasenhaare aus, in die das Salz verfrachtet wird. Durch diese morphologische Anpassung wird die Pflanze tolerant gegenüber Salzbelastung. Diese Salzendlager auf der äußeren Zellschicht der Blätter verhindern, dass sich im Blatt giftige Natriumchlorid-Konzentrationen (NaCl-Konzentrationen) – auch als Kochsalz bekannt – anreichern.

Unter der Leitung von Professor Rainer Hedrich der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) hat ein internationales Team von Wissenschaftler aus München, Genua (Italien), Hobart (Australien), Shanghai (China) und Riad (Saudi Arabien) nun entschlüsselt, wie Blasenzellen als Salzspeicher arbeiten. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in der Zeitschrift Current Biology.

Salz-Transport vom Boden in die Salzblase

Wenn Quinoa salzigen Böden ausgesetzt ist, gelangen Natrium- und Chloridionen aus der Wurzel über Spross und Blätter in die Salzblasen, wo sie ihr Ziel in der Speichervakuole finden. Auf dem Weg in die Salzblasen müssen die Ionen diverse Membranbarrieren überwinden. Dies erfolgt über Transportproteine, die auf Natrium- (Na+) und Chloridionen (Cl-) spezialisiert sind.

Im Vergleich zu nicht-salztoleranten Kulturpflanzen, müssen bei Quinoa diese Transportproteine bei steigender Salzbelastung nicht erst neu zusammengebaut werden, sondern sind bereits vorhanden, bevor der Stress einsetzt. „Diese Strategie ermöglicht es Quinoa, das plötzlich auftretende Salz ohne weitere genregulatorische Schritte direkt zur Einlagerungsstätte transportieren zu können“, sagt Hedrich.

Natriumkanal arbeitet nur in eine Richtung

Die Eigenschaften dieses Natriumkanals gewährleisten nicht nur, dass Natriumionen stetig aus dem Blatt in die Blasenzellen aufgenommen und in hohem Maße konzentriert werden können. „Das Besondere ist, dass selbst unter sehr hohen eingelagerten Natriumkonzentrationen ein Rückfluss des Natriums – und somit ein Auslaufen in die Blätter – vermieden wird“, sagt Dr. Jennifer Böhm, Erstautorin der Publikation. Der Natriumkanal arbeitet also wie ein Sicherheitsventil und ist die Schlüsselkomponente der Salzendlagerung in den Salzblasen.

Ist das Kochsalz in den Blättern, müssen die Na+- und Cl--Ionen über die Plasmamembran in den Zellsaft (Zytosol) der Salzblasen transportiert werden. Ebenso wie für das Natriumion wird ein gerichteter Chlorid-Transport in die Zelle sichergestellt.

In Pflanzen sind steigende Natriumchlorid-Konzentrationen im Zytosol toxisch für viele Stoffwechselprozesse. Daher lagert Quinoa das Salz in der dem Stoffwechsel abgelegenen und membranumgrenzten Vakuole ein. Diese zweite Membran, die Natrium- und Chloridionen überqueren müssen, nennt man Tonoplast. Auch hier erfolgt der Transport der Salzkomponenten nur in eine Richtung, wie bei einer Einbahnstraße.

Transfer in das Endlager muss noch erforscht werden

„Diese Arbeit hat uns wichtiges Grundwissen gebracht, um in Zukunft gezielt die Züchtung von salztoleranten Kulturpflanzen anzugehen“, sagt Hedrich. „Wir haben jetzt die molekularen Komponenten der Salzeinlagerung geklärt. In weiteren Forschungen wollen wir nun herausfinden, wie der Transfer des Salzes aus dem Blatt an den Endspeicherort funktioniert“, sagt Böhm. Der Transfer erfolgt über eine kleine tunnelartige Verbindung, den stielähnlichen Zellen zwischen Salzblasen und Blattepidermis.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Jennifer Böhm, Lehrstuhl für Botanik I - Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik
T.: +49 931 31-89206, jennifer.boehm@uni-wuerzburg.de

Prof. Dr. Rainer Hedrich, Lehrstuhl für Botanik I - Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik, T.: +49 931 31-86100, hedrich@botanik.uni-wuerzburg.de

Originalpublikation:

Understanding the Molecular Basis of Salt Sequestration in Epidermal Bladder Cells of Chenopodium quinoa, Jennifer Böhm, Maxim Messerer, Heike M. Müller, Joachim Scholz-Starke, Antonella Gradogna, Sönke Scherzer, Tobias Maierhofer, Nadia Bazihizina, Heng Zhang, Christian Stigloher, Peter Ache, Khaled A.S. Al-Rasheid, Klaus F.X. Mayer, Sergey Shabala, Armando Carpaneto, Georg Haberer, Jian-Kang Zhu und Rainer Hedrich, https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.08.004

Gunnar Bartsch | Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie das Rasterzellen-System des Gehirns gedankliche Räume kartiert
12.10.2018 | Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

nachricht Hirnwellen ermöglichen Einblicke ins Navigationssystem des Gehirns
12.10.2018 | Universitätsklinikum Freiburg

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: Materiezustände durch Licht verändern

Forscherinnen und Forscher der Universität Hamburg stören die kristalline Ordnung

Physikerinnen und Physikern der Universität Hamburg ist es gelungen, mithilfe von Laserpulsen die Ordnung von Quantenmaterie so zu stören, dass ein spezieller...

Im Focus: Disrupting crystalline order to restore superfluidity

When we put water in a freezer, water molecules crystallize and form ice. This change from one phase of matter to another is called a phase transition. While this transition, and countless others that occur in nature, typically takes place at the same fixed conditions, such as the freezing point, one can ask how it can be influenced in a controlled way.

We are all familiar with such control of the freezing transition, as it is an essential ingredient in the art of making a sorbet or a slushy. To make a cold...

Im Focus: Neuartiger topologischer Isolator

Erstmals haben Physiker einen topologischen Isolator gebaut, in dem nicht Elektronen oder Licht fließen, sondern Teilchen aus Licht und Materie. Ihre Neuerung präsentieren sie in „Nature“.

Topologische Isolatoren sind Materialien mit sehr speziellen Eigenschaften. Sie leiten elektrischen Strom oder Lichtteilchen nur an ihrer Oberfläche oder an...

Im Focus: Vorhang auf für das erste Teleskop des CTA-Observatoriums

Am 10. Oktober 2018 wurde das LST-1 (Large-Sized-Teleskop) auf der Kanareninsel La Palma eingeweiht. Es ist das erste von insgesamt über 100 geplanten Teleskopen im Cherenkov Telescope Array (CTA). Die Instrumente sollen Objekte und Ereignisse ins Visier nehmen, die Teilchen höchster Energie ins All schleudern und dabei Gammastrahlen aussenden. Dazu zählen zum Beispiel Supernova-Überreste, Doppelsternsysteme oder Pulsare.

Als Prototyp bildet das LST-1 die Vorhut für drei weitere Teleskope gleicher Bauart am selben Standort; darüber hinaus sind dort 15 mittelgroße Teleskope...

Im Focus: Mikro-Energiesammler für das Internet der Dinge

Fraunhofer-IWS Dresden druckt mit Polymer-Tinte elektronische Schichten

Dünne organische Schichten können Maschinen und Geräten neue Funktionen verleihen. Zum Beispiel ermöglichen sie winzig kleine Energierückgewinner. Die sollen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

PV Days in Halle zeigen neue Chancen für die Photovoltaik

11.10.2018 | Veranstaltungen

Methan als umweltfreundlicher Kraftstoff für LKW, Busse und andere Nutzfahrzeuge

10.10.2018 | Veranstaltungen

Schlaf ist Medizin: Neue Erkenntnisse aus der Schlafforschung

08.10.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Jahrestreffen des Weltwirtschaftsforums in China: Phoenix Contact als Leuchtturm für die Zukunft der Produktion vorgestellt

12.10.2018 | Unternehmensmeldung

thyssenkrupp Steel baut IT-Infrastruktur mit Rittal Edge-Rechenzentren aus

12.10.2018 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact verstärkt sich im Bereich der Verbindungstechnik

12.10.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics