Trockentoleranz

Alkohol schützt Weizen vor Wassermangel

Robert Klatt

Weizen )moc.hsalpsnuavotyR aniloPnezieW(Foto: © 
Auf den Punkt gebracht
  • Weizen schließt durch eine Behandlung mit Alkohol seine Stomata (Spaltöffnungen)
  • Die Nutzpflanze reduziert dadurch den Wasserverlust über die Blätter
  • Durch die höhere Trockentoleranz überlebte ein Großteil der Weizenpflanzen zwei Wochen ohne Wasser

Alkohol erhöht die Trockentoleranz von Weizen deutlich und ist somit eine günstige Alternative zur Genmanipulation der Nutzpflanze.

Yokohama (Japan). Der Klimawandel sorgt dafür, dass es auch in gemäßigten Regionen wie Deutschland zunehmend wärmer und trockener wird. Wie eine Studie der University of Arkansas zeigt, könnte dies bei 60 Prozent der globalen Weizenanbauflächen einen Wassermangel auslösen, der der Erntemengen deutlich reduziert. Wissenschaftler vom RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) haben nun entdeckt, dass man die Trockentoleranz von Weizen mit Alkohol erhöhen kann.

Bei Versuchen, Pflanzen bei einer Dürrephase vor dem Austrocknen zu schützen, konzentrierte sich die Forschung zuvor auf genveränderte Arten. Diese modifizierten Nutzpflanzen verschließen bei einem Wassermangel ihre Stomata (Spaltöffnungen), was dazu führt, dass sie über ihre Blätter weniger Wasser verlieren. Die kleinen Spaltöffnungen regulieren bei Pflanzen den Gasaustausch mit der Umwelt.

Genmodifizierte Pflanzen kaum zugänglich

Nutzpflanzen mit einer hohen Trockentoleranz werden derzeit vor allem in ärmeren Ländern benötigt. Diese können sich genmodifizierte Pflanzen aber oft nicht leisten. Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Plant and Cell Physiology suchte das Team um Motoaki Seki deshalb nach alternativen Möglichkeiten, um die Trockentoleranz von Nutzpflanzen zu erhöhen.

Alkohol ersetzt Genmanipulation

In einem Experiment mit Weizen, Reis und dem Modellorganismus Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) fanden die Forscher heraus, dass Pflanzen unter dem Einfluss von Ethanol ebenfalls ihre Stomata schließen. Unter dem Einfluss von Alkohol verhalten sich die Spaltöffnungen von Weizen und Reis demnach ähnlich wie bei den teuren, genmodifizierte Arten.

Nach zwei Wochen ohne Wasser überlebte der Weizen nicht, wenn der Boden mit Wasser vorbehandelt wurde (links), gedieh aber, wenn der Boden mit 50 Ethanol vorbehandelt wurde (rechts).
Nach zwei Wochen ohne Wasser überlebte der Weizen nicht, wenn der Boden mit Wasser vorbehandelt wurde (links), gedieh aber, wenn der Boden mit 50 Ethanol vorbehandelt wurde (rechts). )NEKIRnezieW(Foto: ©

Zudem können die Pflanzen den Alkohol in Zucker umwandeln und weiterhin Fotosynthese betreiben. Normalerweise ist die Zuckerversorgung der Pflanzen eingeschränkt, wenn ihre Spaltöffnungen geschlossen sind.

Weizen überlebt zwei Wochen ohne Wasser

Ein Großteil (75 %) der mit Alkohol behandelten Pflanzen hat eine zweiwöchigeDürre überlebt. Bei den unbehandelten Pflanzen waren es unter fünf Prozent. Laut Motoaki Seki kann Alkohol somit dabei helfen, die Ernten während einer Dürreperiode zu schützen.

„Wir denken, dass die Behandlung von Getreidepflanzen mit Ethanol den Ertrag während einer Dürre erhöhen kann.“

Radioaktive Marker am Ethanol zeigen, dass die Pflanzen durch die Alkoholbehandlung ihre Dürre-Gene aktivieren, obwohl ihnen noch kein Wasser fehlt. Sie reduzieren dadurch vorzeitig ihren Wasserverlust und können sich somit auf den kommenden Flüssigkeitsmangel vorbereiten.

Alkohol in der Landwirtschaft

Während der Experimente nahmen die Pflanzen nicht den gesamten Alkohol auf. Ob sich die Rückstände auf die landwirtschaftlichen Flächen, das Grundwasser und die sonstige Umwelt auswirken, ist noch unklar. Laut den Forscher ist es etwa denkbar, dass die im Boden lebenden Mikroorganismen beeinflusst werden. Laut Motoaki Seki sollen deshalb weitere Studien die Auswirkungen untersuchen, bevor Alkohol in der Landwirtschaft als Mittel gegen Dürren verwendet wird.

Plant and Cell Physiology, doi: 10.1093/pcp/pcac114

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