Wie Pflanzen Wasser sparen

Weniger Niederschläge, höhere Temperaturen: Auch Pflanzen leiden unter dem Klimawandel. Wie sie dennoch längere Trockenperioden überstehen, erforscht der Biologe Rainer Hedrich an der Uni Würzburg.

Durch die Jahrhunderte lange Züchtung haben die heutigen Kulturpflanzen das optimale Wassersparen verlernt, erklärt Rainer Hedrich, Inhaber des Lehrstuhls für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik an der Universität Würzburg. Er erforscht den Wasserhaushalt von Pflanzen und interessiert sich dabei insbesondere für die Folgen lang anhaltender Trockenperioden und steigender Temperaturen für die Pflanzenwelt. 

Sinneszellen registrieren den Wassergehalt der Pflanze

Pflanzen entnehmen dem Boden Wasser und holen sich Kohlendioxid aus der Luft. Im Verlauf der Photosynthese produzieren sie daraus Kohlenhydrate und Sauerstoff. Wasser geben sie in Form von Wasserdampf an die Umwelt ab. In Trockenperioden kann die Pflanze jedoch kaum Wasser über ihre Wurzeln aufnehmen, gleichzeitig verliert sie vermehrt Wasser an die immer trockener werdende Atmosphäre. 

Die Pflanze ist aber nicht hilflos der Verdunstung ausgeliefert. Sie reguliert über mikroskopisch kleine Poren, wie viel Kohlendioxid sie aus der Luft aufnimmt und wie viel Wasserdampf sie dabei abgibt. Diese speziellen Poren bestehen aus zwei Schließzellen. Wenn sich diese ausdehnen, öffnet sich die Pore; schrumpfen sie, schließt sich die Pore wieder. Gesteuert wird der Prozess, indem die Pflanze bestimmte Salze - das positiv geladene Kalium- und das negativ geladene Chlorid-Ion - durch besondere Kanäle in die Schließzelle hinein und wieder heraus schleust.

Hedrich fand nun heraus, dass den Anionenkanälen der Schließzellen beim Wassersparen eine entscheidende Rolle zukommt. So nimmt die Pflanze die Austrocknung des Bodens wahr und sendet ein Hormon an die Schließzellen. Dort angekommen, aktiviert dieses Hormon eine Signalkette, in deren Folge sich die Anionenkanäle öffnen und einen Prozess in Gang setzen, an dessen Ende sich die Poren schließen.

Die Sinneszellen, die in der Lage sind, Wasserstress zu erkennen, verfügen auch über die Fähigkeit, die Kohlendioxid-Konzentration im Blatt sowie die Intensität und Zusammensetzung des Sonnenlichts zu messen. Damit sei die Pflanze in der Lage, die Poren geschlossen zu halten und nur dann für die Aufnahme von Kohlendioxid zu öffnen, wenn ausreichend Wasser und Licht für die Kohlenhydratproduktion zur Verfügung stehen.

Konsequenzen für die Landwirtschaft

Mit dem exakten Wissen um die Stoffwechselvorgänge in Pflanzen hofft Hedrich, moderne Kulturpflanzen für die Anforderungen des Klimawandels fit machen zu können. Dabei gilt sein Interesse auch sogenannten extremophilen Pflanzen, die - wie die berühmte "Rose von Jericho" – selbst unter extremen Wassermangel Überlebenskünstler sind. Das genaue Verständnis dieser Fähigkeit könnte dazu beitragen, Nutzpflanzen gezielt im Hinblick auf die Erderwärmung zu optimieren.