Wurzeln sind in der Lage, selbst Wärme zu messen: Studie

Veröffentlicht: vor 3 Tagen

Pflanzen, Nachrichten

Pflanzenwurzeln verfügen über ein eigenes Thermometer, das die Temperatur des sie umgebenden Bodens misst und ihr Wachstum entsprechend anpasst.

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Durch umfangreiche Experimente konnte ein Team unter der Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) zeigen, dass Wurzeln über ein eigenes Temperaturerfassungs- und Reaktionssystem verfügen.

In einer neuen Studie im EMBO Journal liefern Wissenschaftler auch eine neue Erklärung dafür, wie Wurzeln höhere Temperaturen erkennen und darauf reagieren. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, neue Ansätze für die Pflanzenzüchtung zu entwickeln.

In Klimakammern untersuchten die Forscher, wie Ackerschmalwand, Kohl und Tomaten auf steigende Umgebungstemperaturen reagieren. Sie erhöhten die Umgebungstemperatur von 20 auf 28 °C.

„Bisher ging man davon aus, dass der Pflanzenspross den Prozess für die gesamte Pflanze steuert und als Fernsender fungiert, der der Wurzel signalisiert, dass sie ihr Wachstum ändern soll“, sagt Marcel Quint vom Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften an der MLU.

Sein Team hat dies durch umfangreiche Experimente in Zusammenarbeit mit Forschern des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB), der ETH Zürich und des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln widerlegt.

In einem Experiment schnitten Wissenschaftler den Spross der Pflanzen ab, ließen aber die Wurzeln weiter wachsen.

„Wir haben festgestellt, dass die Wurzeln davon nicht betroffen waren und bei erhöhten Temperaturen genauso wuchsen wie bei Pflanzen mit intakten Trieben.“ Durch die höhere Temperatur wurde die Zellteilung angeregt und die Wurzeln wurden deutlich länger“, sagt Quint.

Das Team verwendete auch mutierte Pflanzen, deren Triebe höhere Temperaturen nicht mehr erkennen und darauf reagieren konnten. Diese wurden auf Wurzeln ohne diesen Defekt aufgepfropft. Auch hier konnten die Wurzeln auf die Hitze im Boden reagieren, obwohl der Spross nichts tat.

Die Forscher fanden in allen Experimenten heraus, dass Wurzelzellen die Produktion des Wachstumshormons Auxin steigerten, das dann zu den Wurzelspitzen transportiert wurde. Dort regte es die Zellteilung an und ermöglichte es den Wurzeln, tiefer in den Boden vorzudringen.

„Da Hitze und Trockenheit meist parallel auftreten, ist es sinnvoll, dass die Pflanzen tiefere und kühlere Bodenschichten erschließen, die Wasser enthalten“, erklärt Quint.

Seit einiger Zeit verstehen Wissenschaftler, wie Pflanzentriebe auf höhere Temperaturen reagieren. Auch ihre Zellen produzieren mehr Auxin, allerdings reagiert die Pflanze anders als ihre Wurzeln. Die Zellen im Trieb dehnen sich, der Stängel wird höher und die Blätter werden schmaler und wachsen weiter auseinander.

Die Studie liefert auch Erkenntnisse für die Pflanzenzüchtung.

„Angesichts des Klimawandels wird das Wurzelwachstum für die Züchtung immer wichtiger. „Das Verständnis der molekularen Grundlagen des temperaturabhängigen Wurzelwachstums könnte dazu beitragen, Pflanzen effektiv gegen Trockenstress zu wappnen und langfristig stabile Erträge zu erzielen“, sagt Quint.

Für ein neues Forschungsprojekt zu diesem Thema erhielt er kürzlich von der Deutschen Forschungsgemeinschaft 500.000 Euro.

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