Forscher verwenden Synchrotronlicht, um die Zellwände von Zwiebeln buchstäblich abzuschälen, damit Pflanzen den durch Klimawandel und Krankheiten verursachten Belastungen besser standhalten können.
„Wir wissen, dass es in den Prärien viel Dürre gegeben hat und die Lebensgrundlagen der Menschen auf dem Spiel stehen“, sagte Ariana Forand, Masterstudentin am College of Agriculture and Bioresources der University of Saskatchewan (USask). „Es wäre erstaunlich, Modifikationen zu finden, die es Pflanzen ermöglichen würden, mehreren Belastungen zu widerstehen.“
Forand leitete ein Projekt, das untersuchte, wie Kalzium und Bor eine positive Rolle bei der Stärkung von Pflanzenzellwänden spielen, dabei helfen, die mit Frost und Dürre einhergehende Austrocknung zu verringern und die Widerstandsfähigkeit zu erhöhen Pathogene.
Wie sich herausstellte, waren Zwiebeln die perfekte Pflanze, um die Theorie zu testen.
Das Team analysierte Zwiebelproben und sammelte Daten an der Advanced Photon Source (APS) in Illinois, dank der Partnerschaft der Einrichtung mit der Canadian Light Source (CLS) an der University of Saskatchewan.
„Dieses Projekt baut wirklich auf der Arbeit eines früheren USask-Masterstudenten, Jun Liu, auf, der an Gefrierstress gearbeitet hat“, sagte Forand, „und wir wissen, dass Pflanzen sowohl bei Dürre als auch bei Kälte auf ähnliche Weise Wasser verlieren.“
Zwiebeln sind gute Pflanzen, die man verwenden kann, „weil man leicht eine einzelne Zellschicht abziehen und die Veränderungen in der Zellwand sehen kann“, ein Pflanzenstrukturschlüssel zum Schutz vor Stress verschiedener Art.
Ein einzigartiges Merkmal dieser Forschung, deren Ergebnisse waren veröffentlicht in der Zeitschrift Plants, bestand darin, dass mehrere Belastungen gleichzeitig betrachtet wurden – Austrocknung bei walisischen Zwiebeln und Kochzwiebeln sowie Krankheitserregerresistenz bei Arabidopsis, einem kleinen blühenden Unkraut, das in Afrika beheimatet ist.
Nach Zugabe von mit Wasser vermischtem Calcium zu den im Gewächshaus angebauten Zwiebeln bestätigte Forand mithilfe der Synchrotron-Röntgenmikroskopie nicht nur, dass die Pflanzen das Calcium aufgenommen hatten, sondern auch, dass es sich in der Zellwand ansammelte.
Weitere Tests unter trockenen Bedingungen zeigten eine Verringerung des Wasserverlusts bei den behandelten Pflanzen. In ähnlicher Weise ist bekannt, dass Bor an Pektin in den Zellwänden von Arabidopsis bindet und so dessen Widerstandsfähigkeit gegen eingeschleppte Krankheiten stärkt.
„Wir suchten nach Möglichkeiten, Zellwände strukturell zu verstärken“, sagte Forand. Die Bestätigung, dass Calcium und Bor die Auswirkungen von Feuchtigkeitsverlust und Krankheiten reduzieren, öffnet die Tür für die Suche nach einer ähnlichen Wirkung in anderen Pflanzen.
Dr. Karen Tanino, USask-Professorin für Pflanzenwissenschaften und Vorgesetzte von Forand, sagte, dass in jedem Jahr „ein Stress häufiger auftreten kann als der andere – man kann einfach nicht wirklich vorhersagen, was es sein wird. Diese Forschung stellt eine Chance dar, Pflanzen von Jahr zu Jahr vor Stressschwankungen zu schützen.“
Sowohl Forand als auch Tanino glauben, dass die Erweiterung ihrer Forschung Möglichkeiten bietet, die Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeitsverlust und Krankheiten sowohl bei Feldfrüchten als auch in der Gartenbauindustrie zu stärken.
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