Agronomen der RUDN-Universität und Kollegen aus China und dem Iran haben Tomaten mithilfe von Melatonin dabei geholfen, die toxische Wirkung von Aluminium in sauren Böden zu bewältigen. Dieses Hormon trägt zur Stickoxidproduktion bei, indem es das giftige Metall blockiert und verhindert, dass es Pflanzenzellen zerstört. Die Ergebnisse werden im veröffentlicht Südafrikanisches Journal für Botanik.
Insgesamt sind 40 % der für die Landwirtschaft geeigneten Böden auf der Erde sauer. In Böden mit hohem Säuregehalt liegt Aluminium in löslicher Form vor. Dieses giftige Metall verhindert das Wachstum einer hochwertigen Ernte. Stickoxid hilft Pflanzen, sich an das giftige Aluminium anzupassen, und sie produzieren es selbst. RUDN-Agronomen und Kollegen aus China und dem Iran haben einen Weg gefunden, die Freisetzung dieses Gases in Pflanzen mithilfe von Melatonin zu erhöhen.
„In sauren Böden verwandelt sich Alumosilikat in lösliche Formen von Aluminium. Pflanzen absorbieren diese giftigen Verbindungen. Aluminium verbindet sich mit Zellbestandteilen und provoziert den Zerfall der Zellmembran, wodurch zelluläre Signalwege gestört werden. Pflanzen nutzen unterschiedliche Strategien, um mit Aluminium umzugehen. Eine davon „Das wichtigste Gas in Pflanzen – Stickstoffmonoxid – erhöht die Widerstandsfähigkeit gegen Stress, einschließlich Schwermetalle“, sagte Meisam Zargar, Doktor der Agrarwissenschaften und außerordentlicher Professor der Abteilung für Agrarbiotechnologie.
Um die Produktion von Stickoxid in Pflanzen zu steigern, entschieden sich Agronomen für die Verwendung von Melatonin. Es ist ein Hormon, das den Tagesrhythmus und das Antioxidationssystem bei Tieren und Pflanzen reguliert. Auch sein Zusammenhang mit der Produktion von Stickoxid ist bekannt. Es war jedoch nicht klar, ob zusätzliches Melatonin den Pflanzen helfen würde, mit der toxischen Wirkung von Aluminium umzugehen.
Um dies zu testen, pflanzten Agronomen Tomatensamen in einer sauren Umgebung. Nach sieben Tagen wurden sie in unterschiedlichen Kombinationen und Konzentrationen mit Aluminium, Melatonin und Kaliumsalz behandelt, die Stickoxid absorbieren. Nach 42 Tagen verglichen die RUDN-Agronomen die Pflanzenindikatoren.
Die Zugabe von Aluminium (148 Mikromol) erhöhte die Konzentration der Marker für oxidativen Stress – Malondialdehyd – und aggressiver Oxidationsmittel. Das Wachstum dieser Pflanzen hat sich verlangsamt und der Gehalt an photosynthetischen Pigmenten ist zurückgegangen. Die Zugabe von Melatonin (150 Mikromol) zusammen mit Aluminium aktivierte die Aktivität von Antioxidantien. Sie schützten die Zellwände und verhinderten die Zerstörung photosynthetischer Pigmente.
Der Gehalt an Stickoxid in den Blättern und Wurzeln von Pflanzen ist gestiegen. RUDN-Agronomen vermuteten, dass Melatonin Aluminium an der Wurzel „blockiert“ und es daran hindert, in Stängel und Blätter vorzudringen. Kaliumsalz, ein Stickstoffmonoxid-Absorber, neutralisierte die schützende Wirkung von Melatonin. Daher kamen die Autoren zu dem Schluss, dass der Hauptschutzbestandteil genau Stickoxid ist.
„Melatonin erhöhte die Aktivität antioxidativer Enzyme in Wurzeln und Blättern. Dies minimierte oxidativen Stress und schützte die Zellmembran. Die Ergebnisse deuten auf die Beteiligung von Stickoxid an Schutzreaktionen hin. Wir haben gezeigt, dass Melatonin zur Anpassung von Tomatensamen an das Gift beiträgt.“ Auswirkungen von Aluminium durch die Regulierung von Stickoxid“, sagte Zargar.
Mehr Informationen:
Abazar Ghorbani et al., Melatonin-vermittelte Stickoxid-Signalisierung verbessert die Anpassung von Tomatenpflanzen an Aluminiumstress, Südafrikanisches Journal für Botanik (2023). DOI: 10.1016/j.sajb.2023.09.031