Deo für Pflanzen

Synthetisches „Super-Hormon“ hilft beim Wassersparen

22.11.2019 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Könnte man bald Trockentoleranz aufsprühen? (Bildquelle:© iStock.com/ Olesia Bekh)
Könnte man bald Trockentoleranz aufsprühen? (Bildquelle:© iStock.com/ Olesia Bekh)

Opabactin ist ein neuer synthetischer Wirkstoff, der wie ein Antitranspirant wirkt: Er wird aufgesprüht und hindert Pflanzen am „Schwitzen“. Erste Tests an Pflanzen sind überzeugend. Ein solches Spray könnte ein weiteres Werkzeug sein, um Nutzpflanzen vor Dürren zu schützen und Ernteausfälle zu verhindern.

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.

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ABA reguliert die pflanzliche Reaktion auf Stress und wird vor allem bei Trockenstress gebildet. Es sorgt unter anderem dafür, dass sich die Poren auf den Blättern (Stomata) schließen.

Quelle: © iStock.com/Nancy Nehring

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 (siehe hierzu: Wasser sparen oder Photosynthese ankurbeln?). 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. Wasser ist eine zunehmend begrenzte Ressource. Schon jetzt versiegen durch ausbleibende Niederschläge Wasserquellen und es sinken die Grundwasserspiegel. Früher oder später müssen wir abwägen, ob landwirtschaftliche Flächen noch üppig bewässert werden können.

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 synthetischer „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.

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Trockenstress kann die Weizenpflanze (rechts), die mit Opabactin behandelt wurde, besser wegstecken, als die Kontrollgruppe (links).

Quelle: © UCR

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.

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