Tomaten: Mit der „goldenen Stunde“ Hitzewellen und Dürren überstehen
Was wäre, wenn das Geheimnis dürreresistenter Nutzpflanzen nicht darin läge, wie viel Wasser Pflanzen verbrauchen, sondern wann sie es verbrauchen? Eine Studie identifiziert ein tägliches Zeitfenster, das Züchtern helfen könnte, Tomaten zu entwickeln, die Dürre besser widerstehen, ohne dabei Ertragseinbußen hinnehmen zu müssen.
Ein verborgener Tagesrhythmus in Tomatenpflanzen könnte Wissenschaftlern helfen, Nutzpflanzen zu entwickeln, die höhere Erträge liefern und dabei weniger Wasser verbrauchen – berichtet phys.org mit Bezug auf Ergebnisse einer Studie der Hebräischen Universität Jerusalem.
Die von Dr. Sanbon Chaka Gosa und Professor Menachem Moshelion von der Fakultät für Agrarwissenschaften der Hebräischen Universität Jerusalem geleitete Studie ergab, dass der Zeitpunkt, zu dem Tomatenpflanzen ihre mikroskopisch kleinen Blattporen öffnen und schließen, möglicherweise genauso wichtig ist wie die Anzahl der Poren, über die sie verfügen. Die Ergebnisse könnten Pflanzenzüchtern eine wirkungsvolle neue Methode an die Hand geben, um dürreresistente Nutzpflanzen zu identifizieren, da der Klimawandel die Landwirtschaft zunehmend unter Druck setzt.
Wasserverbrauch über den ganzen Tag verfolgen
Die Studie konzentrierte sich auf Stomata, winzige Poren, über die Pflanzen Kohlendioxid für die Photosynthese aufnehmen und gleichzeitig durch Transpiration Wasser abgeben. Anstatt sich auf herkömmliche Einzelpunktmessungen zu stützen, überwachten die Forscher kontinuierlich den Wasserverbrauch der gesamten Pflanze, wodurch sie erfassen konnten, wie Pflanzen im Laufe des Tages auf sich ändernde Umweltbedingungen reagieren.
Das Team kombinierte jahrelange Feldleistungsdaten mit fortschrittlicher Phänotypisierung im Gewächshaus, um die Reaktion auf Trockenheit bei genetisch unterschiedlichen Tomatenlinien zu vergleichen. Sie stellten fest, dass die leistungsstärksten Pflanzen durchweg einen Anstieg der Stomataaktivität am frühen Morgen zeigten und ihre Spaltöffnungen öffneten, wenn das Sonnenlicht bereits stark war, aber noch bevor Hitze und trockene Luft den Wasserverlust stark erhöhten.
Die Forscher beschreiben diesen Zeitraum als eine physiologische „goldene Stunde“, in der Pflanzen die Photosynthese maximieren und gleichzeitig unnötigen Wasserverlust minimieren.
„Pflanzen sparen während einer Dürre nicht einfach nur Wasser, sie gehen strategisch damit um“, sagte Moshelion. „Das Verständnis dieser dynamischen Muster bietet Züchtern völlig neue Merkmale, auf die sie bei der Entwicklung von Kulturpflanzen abzielen können, die unter zunehmend unvorhersehbaren Klimabedingungen gedeihen.“
Erholung erwies sich als ebenso aufschlussreich
Die Studie zeigte außerdem, dass sich die leistungsstärksten Tomatenlinien nach einer Dürre schneller erholten und eine hohe Biomasse sowie eine hohe Wassernutzungseffizienz beibehielten. Überraschenderweise waren es oft gerade jene Pflanzen, die unter günstigen Bedingungen mehr Wasser verbrauchten, die sich am effektivsten erholten, sobald wieder Wasser zur Verfügung stand.
Die Forscher stellten fest, dass leistungsstarke Pflanzen zwar tendenziell mehr Spaltöffnungen auf der Unterseite ihrer Blätter aufwiesen, die Anatomie allein jedoch keine Vorhersage über die Trockenresilienz zuließ. Stattdessen erwiesen sich kontinuierliche Messungen der Wasserregulation der Pflanzen im Tagesverlauf als weitaus aussagekräftiger.
„Unsere Arbeit zeigt, dass der Tagesrhythmus einer Pflanze eine Rolle spielt“, sagte Gosa. „Indem wir messen, wie Pflanzen kontinuierlich reagieren, anstatt nur zu einem bestimmten Zeitpunkt, können wir widerstandsfähige Sorten viel früher und mit weitaus größerer Präzision identifizieren.“
Die Forscher sind der Ansicht, dass dieser Ansatz die Zeit, die zur Identifizierung vielversprechender Pflanzensorten benötigt wird, erheblich verkürzen könnte und Züchtern dabei helfen würde, Pflanzen zu entwickeln, die Trockenheit besser standhalten und gleichzeitig ihre Produktivität beibehalten. Sie sagen, dass dieselbe Strategie nicht nur bei Tomaten, sondern auch bei anderen Kulturpflanzen angewendet werden könnte, während sich die Landwirtschaft an eine wärmere und trockenere Zukunft anpasst.
