Wurzeln schaffen Wasserspeicher im Boden
Die Beziehung zwischen Pflanzen und Wasser sowie die Aufnahme von Nährstoffen wird durch die Bewegung des Wassers aus dem Boden in die Wurzeln gesteuert. Und obwohl Wissenschaftler bereits seit langem erkannt haben, dass Wurzeln Veränderungen der chemischen, biologischen und physikalischen Eigenschaften der Risosphäre (Boden in Wurzelnähe) auslösen, haben neue Forschungen gezeigt, dass der Boden in diesem Bereich 30% mehr Wasser enthält als ursprünglich angenommen. Die in der Fachzeitschrift New Phytologist vorgestellte Studie wurde teilweise über das Projekt WATER WATCH ("Non-invasive imagining of the water dynamics in a soil plant groundwater system") finanziert, das eine Finanzhilfe aus dem Marie-Curie-Programm für Wissenstransfer (Marie Curie Actions - Transfer of Knowledge) in Höhe von 302.000 EUR unter dem Sechsten Rahmenprogramm der EU (RP6) erhalten hatte. Forscher in Deutschland, der Schweiz und den Vereinigten Staaten sagen, dass sich Pflanzen einen Wasserspeicher anlegen, um über kurze Trockenzeiten hinwegzukommen. Die Ergebnisse könnten zur Verbesserung bei der Pflanzenzucht helfen und bei der Entwicklung effizienter Bewässerungssysteme. Das Team führte Experimente mit Neutronentomografie am Paul Scherrer Institut (PSI) in der Schweiz durch und konnte mit diesem Verfahren die Verteilung des Wassers auf Bruchteile genau zeigen, ohne eine Pflanze dafür aus dem Boden nehmen zu müssen. "Die Frage, wie Pflanzen Wasser aufnehmen, ist nicht nur für die Entwicklung von neuen, wassereffizienten Pflanzensorten relevant, sondern auch für die Verbesserung von Klimamodellen", erklärt Sascha Oswald vom Institut für Erd- und Umweltwissenschaften der Universität Potsdam. "Denn mehr als die Hälfte allen Wassers, das durch Niederschläge auf die Erde fällt, wird von Pflanzen aufgenommen und gelangt durch die Pflanzen hindurch wieder in die Atmosphäre." Leitautor Ahmad Moradi von der University of California Davis in den Vereinigten Staaten sagt dazu: "Pflanzen nehmen Wasser aus dem Boden über die feinen, einige Millimeter dünnen Wurzeln auf - die dickeren Wurzeln dienen eher als Pipelines, die das Wasser weiterleiten. Wir wollen die Wasserverteilung um diese Wurzeln herum verstehen. Die entscheidenden Vorgänge geschehen hier im Massstab von einigen Millimetern. Damit wir nicht das Entscheidende verpassen, brauchen wir also ein Verfahren, das Details zeigt, die kleiner sind als ein Millimeter, und das man einsetzen kann, ohne die Pflanze aus dem Boden zu nehmen." Dank dieser ausgeklügelten Methode hat das Team Pflanzen und den Boden in ihrem Wurzelbereich mit Neutronen durchleuchtet. Wie beim Röntgen kann man mit diesen Teilchen in das Innere von verschiedenen Objekten sehen, jedoch viel besser. Alle internen Bestandteile lassen sich abbilden. Den Forschern zufolge bilden Neutronen Wasser besonders deutlich ab, während Metall oder Sand für sie fast durchsichtig sind Dr. Moradi betont: "Wurzeln bestehen zu 90% aus Wasser. Wenn man sie untersuchen will, oder die Wasserbewegung im Boden, sind Neutronen das bessere Werkzeug als Röntgenstrahlen." Die Forscher erzeugten ein drei-dimensionales (3D) Bild der Wasserverteilung rund um die Wurzeln und stellten fest, wie viel Wasser sich an den verschiedenen Stellen im Boden befand. "Für diese Messung wurde die Mikroskopie-Option der Anlage genutzt, so dass man Bilder mit einer Auflösung von 20 Bildpunkte pro Millimeter erzeugen konnte", so Ko-Author Eberhard Lehmann vom PSI. "So war es möglich, das Wasser mit der nötigen Genauigkeit sichtbar zu machen. Wir haben drei Messplätze, an denen wir Bilder mit Neutronen erzeugen können - jeder mit anderen Eigenschaften. So konnten wir verschiedene Optionen für das Experiment ausprobieren. Ein großer Vorteil der PSI-Anlagen ist auch, dass sie rund um die Uhr in Betrieb sind, und man so die Pflanzen über einen gesamten Tag-Nacht-Zyklus beobachten konnte." In einem Kommentar zu den Ergebnissen sagt Professor Oswald, einer der Autoren der Studie: "Wenn man an die praktische Anwendungen dieser Ergebnisse denkt, so könnten sie helfen, Pflanzen zu züchten, die Trockenzeiten besser standhalten. Man könnte auch lernen Pflanzen gerade so zu bewässern, dass sie keinen Schaden durch Trockenheit nehmen."Weitere Informationen finden Sie unter: New Phytologist: http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1111/(ISSN)1469-8137 Universität Potsdam: http://www.uni-potsdam.de/ Paul Scherrer Institut (PSI): http://www.psi.ch/psi-home Marie-Curie-Maßnahmen: http://ec.europa.eu/research/mariecurieactions/
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Schweiz, Deutschland, Vereinigte Staaten