Steigende Temperaturen und zunehmende Dürren lassen Wissenschaftler nach Wegen suchen, um besser vorhersagen zu können, wie Pflanzen auf Stress reagieren werden. Jede Studie bietet ein wenig mehr Informationen. Jetzt haben Wissenschaftler einen Weg gefunden, um in einer einzigen Studie eine Fülle von Erkenntnissen zu gewinnen. Durch die Kombination von drei fortschrittlichen Forschungstechniken, die selten zusammen verwendet werden, fanden sie heraus, dass sie genau bestimmen konnten, wie sich verschiedene Arten von Pflanzen vor rauen Bedingungen schützen. Noch überraschender? Pflanzen versuchen verschiedene Strategien, um ihr Überleben zu sichern.
Wenn sie zusammen verwendet werden, offenbaren die drei Techniken eine überraschende Menge an Informationen über die chemischen Prozesse in Pflanzen. Wissenschaftler können auch nach Mustern in Pflanzengemeinschaften suchen. Die Ergebnisse können helfen zu erkennen, wann Pflanzen mehr Wasser oder mehr Nährstoffe benötigen, um in Stresszeiten weiter zu wachsen, selbst in unterschiedlichen Umgebungen.
Wie Pflanzen auf Trockenheit reagieren, kann auch tiefgreifende Auswirkungen auf die Bewegung von Kohlenstoff durch die Umwelt haben, was letztendlich das Klima beeinflusst.
Im Rahmen des Programms „Facilities Integrating Collaborations for User Science“ (FICUS) untersuchten Wissenschaftler die Auswirkungen von Dürre auf chemische Prozesse in den Wurzeln von drei tropischen Regenwaldarten. Dem Team gehörten Forscher der University of Arizona, des Pacific Northwest National Laboratory und der Universität Freiburg an.
Um die chemische Funktionsweise der Pflanze zu verstehen, einschließlich der Art und Weise, wie sie Kohlenstoff verwertet, kombinierte das Team modernste Metabolomik- und Bildgebungstechnologien am Environmental Molecular Sciences Laboratory (EMSL), einer Benutzereinrichtung des Energieministeriums (DOE).
Sie verwendeten leistungsstarke Kernspinresonanzspektroskopie, um die Art und Struktur von Molekülen in den Pflanzenwurzeln zu identifizieren. Anschließend erstellten sie mithilfe von Massenspektrometrie (Matrix-unterstützte Laser-Desorptions-/Ionisations-Massenspektrometrie) detaillierte Gewebebilder und nahmen nanoskalige Messungen von Elementen und Isotopen vor (nanoskalige Sekundärionen-Massenspektrometrie).
Diese Kombination von Techniken lieferte Einblicke in verschiedene Abwehrmechanismen, die Pflanzen nutzen, um Dürre zu überleben. Eine Art fügte holziges Lignin hinzu, um ihre Wurzeln zu verdicken. Die zweite sezernierte Antioxidantien und Fettsäuren als biochemische Abwehr. Der dritte schien weniger von Dürrebedingungen betroffen zu sein, aber der Boden um ihn herum hatte einen höheren Kohlenstoffgehalt.
Dies weist darauf hin, dass die Pflanze und die Mikroben im Boden zusammengearbeitet haben, um die Pflanze zu schützen. Insgesamt zeigt diese Studie, wie mehrere Techniken kombiniert werden können, um verschiedene Trockentoleranzstrategien und Wege zu identifizieren, um das Gedeihen von Pflanzen zu erhalten.
Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Umweltwissenschaft und -technologie.
Mehr Informationen:
Linnea K. Honeker et al, Aufklärung von Dürretoleranzmechanismen in Pflanzenwurzeln durch 1H-NMR-Metabolomik parallel zu MALDI-MS und NanoSIMS-Bildgebungsverfahren, Umweltwissenschaft und -technologie (2022). DOI: 10.1021/acs.est.1c06772