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Trockentoleranz zum Aufsprühen?

Viele Menschen greifen täglich zu einem Antitranspirant, um ihre Schweißabsonderung zu reduzieren. Auch für Pflanzen könnte das nützlich sein: Weniger Transpiration bedeutet weniger Wasserverlust. Das ist vor allem in heißen und trockenen Perioden wichtig, die durch den Klimawandel häufiger auftreten werden.

Wasserverbrauch von Nutzpflanzen temporär senken

Spezielle trockentolerante Sorten erhöhen die Wassernutzungseffizienz permanent. Doch das hat auch eine Kehrseite: Wachstum und der Ertrag von Pflanzen können sich dadurch deutlich verringern. Die Idee eines Anti-Transpirations-Sprays für Pflanzen ist daher ein interessanter neuer Ansatz. Landwirte könnten mit einer solchen Lösung weiterhin ertragsstarke, aber etwas temperaturempfindlichere Sorten anbauen. Bei Trockenheit hilft dann das Spray. Auch der Wasserverbrauch in der Landwirtschaft ließe sich dadurch senken. 

Ein Helfer zum Aufsprühen

Ein neuer synthetischer Wirkstoff gibt nun Anlass zur Hoffnung. Er imitiert in seiner Wirkung das natürliche Pflanzenhormon Abscisinsäure (ABA). ABA reguliert die pflanzliche Reaktion auf Stress und wird vor allem bei Trockenstress gebildet. Es sorgt unter anderem dafür, dass sich die Stomata schließen. Dadurch entweicht weniger Wasser aus den Blättern und die Pflanze trocknet nicht aus.

„Wissenschaftler wissen seit langem, dass das Besprühen von Pflanzen mit ABA ihre Trockentoleranz verbessern kann“, sagte der Pflanzenzellbiologe Sean Cutler. „Es ist jedoch zu instabil und zu teuer, um für die meisten Landwirte nützlich zu sein.“ Einen ersten synthetischen „ABA-Wirkstoff“ namens Quinabactin hat Cutlers Team bereits im Jahr 2013 entwickelt. Allerdings war seine Wirkung bei wichtigen Nutzpflanzen wie Weizen eher enttäuschend.  

Das „Super-Hormon“

Sie suchten daher weiter. In Datenbanken mit kommerziell verfügbaren Liganden wurden sie fündig. Der gefundene Wirkstoffkandidat bindet an die gleichen Rezeptoren wie auch das natürliche Hormon. Durch einige chemische Modifikationen hatten sie den Kandidaten zu einem praxistauglichen Wirkstoff weiterentwickelt, der in ersten Tests mit unterschiedlichen Pflanzen wie Weizen, Tomaten und der Modellpflanzen Arabidopsis thaliana überzeugen konnte.

Sie tauften das small molecule Opabactin, kurz OP. Die Abkürzung „OP“ ist bewusst doppeldeutig gewählt, denn es steht für das englische Wort „overpowered“ – ein in der Computerspielszene verwendeter Begriff für extrem starke Spieler oder Ausrüstungsgegenstände. Grund für diese Namenswahl ist, dass OP siebenmal schneller an ABA-Rezeptoren andockt und zehnmal stärker wirkt als natürliches ABA – den Beteiligten zufolge also ein echtes „Super-Hormon“. Es ist so wirkungsvoll, weil es sehr stabile Salzbrücken mit einem Lysinrest in ABA-Rezeptoren bildet.

Wirksam bei Pflanzen 

Auch den Praxistest bestand OP: Die Substanz wirkt direkt auf die Schließzellen der Stomata und die Poren schließen sich umgehend. Dafür ist vor allem die Bindung an die ABA-Rezeptoren PYR1, PYL1 und PYL2 entscheidend.

Die Wissenschaftler besprühten dafür Tomaten und Weizen mit einer Spraylösung mit oder ohne OP. Dann mussten die Pflanzen drei Tage Trockenheit überstehen, bevor sie wieder mit Wasser versorgt wurden. Die mit OP behandelten Pflanzen erholten sich deutlich besser als die Kontrollpflanzen. Experimente mit Dauertrockenstress zeigten zudem die stärkere Wirkung von OP im Vergleich zum natürlichen Hormon: Während ABA-behandelte Pflanzen nach zwei bis drei Tagen wieder verstärkt transpirierten, hielt die antitranspirante Wirkung bei OP-behandelten Pflanzen auch nach fünf Tagen noch an.

Noch ist OP ein Projekt der Grundlagenforschung und viele weitere Untersuchungen müssen noch folgen. Ob sich der Wirkstoff auch in der landwirtschaftlichen Praxis bewähren kann, ist noch nicht bewiesen.

Dies ist ein Auszug aus einem Beitrag auf der Website pflanzenforschung.de. Lesen Sie den kompletten Text unter  Deo für Pflanzen