Je älter, desto länger trocken

Es klingt paradox, aber im Boden direkt um die Wurzeln von Pflanzen – der sogenannten Rhizosphäre – ist der Wassergehalt höher als im übrigen Boden. Dies wird darauf zurückgeführt, dass die Wurzeln eine gallertartige Substanz absondern, die viel Wasser speichern kann und so einen Wasservorrat bildet. Eine neue Studie legt nun nahe, dass diese Masse mit zunehmendem Alter wasserabweisend wird und dafür sorgt, dass der Boden um die älteren Wurzeln nur langsam wieder feucht wird. Dies klingt im ersten Moment nachteilig für die Pflanze. Es hat jedoch eine förderliche Wirkung auf jüngere Wurzeln: Die Wasseraufnahme aus tieferen, feuchteren Bodenschichten wird erleichtert.  

Pflanzen nehmen Wasser und Nährstoffe aus dem Boden auf. Aber sie verändern den Boden in dem sich ihre Wurzeln befinden auch aktiv, um die Wasseraufnahme zu verbessern. Der Boden, der sich unmittelbar an den Wurzeln befindet wird Rhizosphäre genannt. Forscher konnten bereits 2011 belegen, dass bei Mais, Lupinen und Kichererbsen die Rhizosphäre rund 30 Prozent mehr Wasser enthielt als der übrige Boden (Moradi et al., 2011). Eigentlich hatte man angenommen, dass die Wurzeln dem Boden Wasser entziehen und dadurch die nahe Umgebung weniger Wasser enthalten müsste. In Experimenten zeigte sich jedoch das Gegenteil. Die Wissenschaftler vermuteten, dass dies durch eine gallertartige Substanz verursacht wird, die sehr viel Wasser speichern kann. Diese kann als Wasserspeicher dienen und die Pflanze so kurzfristig von Trockenheit schützen.

Neue Forschungsergebnisse eines damals beteiligten Forschers, Prof. Dr. Andrea Carminati, untermauern diese These und legen nahe, dass die Wirkung dieser gallertartigen Substanz je nach Wurzelabschnitt variiert. Seine These lautete dabei: Bewässert man die Pflanzen nach einer trockenen Phase, so wird die Rhizosphäre an manchen Abschnitten schneller und an anderen langsamer wieder feucht und dies ist in erster Linie vom Alter der Wurzeln abhängig.

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Auf das Alter kommt es an!

In seinem Experiment zog er Lupinen (Lupinus albus) an und beobachtete den Wassergehalt im Boden bei trockenen und feuchten Bedingungen. Um die Wurzel und die Wasserverteilung im Boden sichtbar zu machen, wurde auf die Methode der Neutronenradiographie zurück gegriffen. 

Zu Beginn des Experiments begannen die Pflanzen mit ihren Wurzeln, Wasser aus dem Boden aufzusaugen. Dabei zeigte sich, dass die Rhizosphäre um die oberen und mittleren Wurzelteile, die somit älteren Wurzeln, und die jüngeren Wurzelenden, die tief in den Boden hinein ragten, deutlich feuchter waren als die umliegende Erde. Die im Experiment erkennbare Schicht um die Wurzel, ist nach Angaben des Forschers die zuvor beschriebene gallertartige Substanz, welche von den Wurzeln abgesondert wird.  

Danach folgte eine Trockenphase. Goss man die Pflanzen nun wieder, wurde die Rhizosphäre um die jüngeren Wurzeln fast sofort nach der Bewässerung wieder feucht und um die Wurzeln bildete sich der bereits vermutete Wasserspeicher. Allerdings war die Rhizosphäre um die älteren Wurzeln deutlich trockener. Das bedeutet, dass der Boden um die älteren Wurzeln nach einer trockenen Phase nicht so schnell wieder Wasser aufnehmen konnte, wie die Rhizosphäre um die jüngeren Wurzeln in tieferen Bodenschichten.

Anpassungsstrategie der Wurzeln

Doch warum ist das so? Der Forscher vermutet, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die gallertartige Substanz an den älteren Wurzeln mit der Zeit wasserabweisend (hydrophob) wird und es somit länger dauert, bis der nahe gelegene Boden das Wasser wieder aufnehmen kann. Die jungen Wurzeln sind hingegen von einer frischen gallertartigen Substanz umgeben und bilden direkt wieder eine feuchte Schutzschicht um sich.

Man könnte meinen, dass es ungünstig für die Pflanze ist, eine wasserabweisende Schicht um ihre Wurzeln herum aufzubauen. Aber dadurch verbessert sich die Wasseraufnahme für die jüngeren Wurzeln, argumentiert der Forscher. Die älteren Wurzeln befinden sich in eher trockeneren Bodenschichten und die Förderung der jüngeren Wurzeln, die in tiefere und feuchtere Bodenschichten hineinwachsen, ist für die Pflanze nutzbringender. Es ist daher kein Nachteil, sondern eine Anpassungsstrategie, so das Fazit der Studie. Auch lässt sich vermuten, dass die im Wasser gelösten Nährstoffe in den Bodenbereichen rund um die älteren Wurzeln bereits stärker aufgebraucht sind, während die Pflanzen rund um die jüngeren Wurzelbereich noch aus den Vollen schöpfen können.

Zudem konnte der Forscher in seinen Experimenten nachweisen, dass die gallertartige Schicht unter sehr trockenen Bedingungen dicker wurde. Dies spricht dafür, dass es eine Art der Anpassung an Trockenstress ist. Versteht man diesen Prozess besser, könnte man Pflanzen züchten, die toleranter gegenüber Dürren sind. Allerdings ist noch nicht vollends geklärt, ob die gallertartige Substanz der Pflanzen tatsächlich die Ursache dieses Anpassungsprozesses ist. Hier bedarf es weiterer Forschung.