Studie zeigt, welche Art von Salz wir im Winter auf den Straßen verwenden, kann einen Unterschied für Pflanzen machen

Erhöhter Salzgehalt in Böden ist ein globales Problem, das beispielsweise dadurch verursacht wird, dass Ionen aus eisschmelzenden Salzen, die im Winter auf Straßen verwendet werden, oder durch Meerwasserversickerung in Küstengebieten in den Boden gelangen.

Weltweit sind mehr als eineinhalb Milliarden Menschen von der Versalzung landwirtschaftlicher Nutzflächen betroffen. Forscher der Eötvös-Loránd-Universität (ELTE) untersucht Wie sich hohe Salzkonzentrationen auf die Entwicklung tief im Boden keimender Weizenkeimlinge auswirken und was getan werden kann, um die durch Versalzung verursachten Schäden zu verringern.

Erhöhter Salzgehalt in Böden ist ein globales Problem in der Landwirtschaft, beeinträchtigt aber auch die lokale Pflanzenproduktion in Gärten und auf Ackerland in der Nähe von Straßen, wo im Winter große Mengen Salze als Eisschmelzmittel verwendet werden, sowie in Küstengebieten, wo es zu Meerwasseraustritt kommen kann. In der Natur können die Blätter von Sämlingen, die im Dunkeln tief in salzhaltigen Böden wachsen, direkt verschiedenen Ionen im Boden ausgesetzt sein, was zu Pflanzenstress und letztendlich zum Absterben der Pflanzen führen kann.

Forscher der Eötvös-Loránd-Universität haben gezeigt, dass die Begrünung, also die Biosynthese des grünen Pigments Chlorophyll, und die Entwicklung photosynthetisch aktiver Plastiden, sogenannter Chloroplasten, in Weizenblättern gehemmt werden, die im Dunkeln wachsen und dann direkt hohen Salzkonzentrationen ausgesetzt werden . Dies kann schließlich zum Absterben der Sämlinge führen.

Katalin Solymosi und ihre Forschungsgruppe haben mit einer sehr einfachen und reproduzierbaren Methode leicht identifiziert, welche Salze und in welchen Konzentrationen die schädlichsten Auswirkungen auf die Begrünung von im Boden keimenden Pflanzen haben. Es wurde festgestellt, dass Natrium (Na+) die negativste Wirkung hat, während Kaliumsalze (K+) (z. B. in Form von Holzasche, die traditionell häufig für solche Zwecke verwendet werden) und Calciumchlorid (CaCl2) als umweltfreundlicheres Eis angesehen werden können -schmelzende Verbindungen.

Ein globales Problem

Der erhöhte Salzgehalt des Bodens betrifft schätzungsweise 833 Millionen Hektar Land weltweit. Aufgrund unangemessener landwirtschaftlicher Praktiken nimmt diese Fläche leider ständig zu. Die Salzkonzentration und das verfügbare Wasser im Boden ändern sich ständig, abhängig von mehreren Faktoren, darunter der Qualität und Menge des Niederschlags, der Außentemperatur und der Verdunstung.

„Viele Forscher untersuchen seit langem, wie ein hoher Salzgehalt des Bodens die Keimung der meisten wirtschaftlich wichtigen Nutzpflanzen hemmt und ihre Erträge verringert. Es liegen jedoch keine Studien darüber vor, wie sich salzhaltige Böden auf die Blätter von Pflanzensämlingen auswirken, die aus tief in den Boden gesäten Samen entstehen.“ Boden gemäß den landwirtschaftlichen Anbauprotokollen vieler Kulturpflanzen.

„Dies ist umso überraschender, da weltweit etwa eineinhalb Milliarden Menschen von der Versalzung von Ackerland betroffen sind“, erklärt Katalin Solymosi, Assistenzprofessorin an der Eötvös-Loránd-Universität und leitende Forscherin der Studie.

Der unsichtbare Tod des Weizens

Je nach Bodenart und verwendeter Weizensorte wird Weizen üblicherweise 5–10 cm tief in den Boden gesät. So entwickeln sich die keimenden Weizenkeimlinge zunächst in völliger Dunkelheit im Boden. Aufgrund des fehlenden Sonnenlichts produzieren sie nicht den für Pflanzen charakteristischen grünen Farbstoff Chlorophyll und sind daher gelblich gefärbt.

Ohne Chlorophyll kann sich der Photosyntheseapparat nicht entwickeln und in den Blättern dieser Sämlinge entwickelt sich ein spezifischer Plastidentyp, der sogenannte Etioplast. Wenn die Blätter sich entwickelnder Pflanzen die Bodenoberfläche erreichen und nach und nach dem Licht ausgesetzt werden, wird in ihnen Chlorophyll synthetisiert, die Pflanzen werden grün und die Etioplasten in ihnen verwandeln sich in grüne Plastiden, sogenannte Chloroplasten. Chloroplasten sind photosynthetisch aktiv und helfen der Pflanze, Zucker und damit Energie zum Überleben zu produzieren.

Ohne die Umstellung auf selbsterhaltende Photosynthese verbrauchen die Sämlinge irgendwann die in ihren Samen gespeicherten Nährstoffe und sterben ab.

„In diesem Zusammenhang ist es besonders überraschend, dass bisher keine Studie im Detail untersucht wurde, wie sich hohe Salzkonzentrationen auf die Begrünung von Weizenkeimlingen auswirken, obwohl offensichtlich ist, dass die Blätter von im Boden keimenden Pflanzen direkt dem Salzgehalt des Bodens ausgesetzt sind.“ sagt Adél Sóti, Ph.D. Student an der Eötvös-Loránd-Universität, Erstautor der in der Zeitschrift Planta veröffentlichten Studie.

„Wir haben eine einfache Methode gefunden, um zu untersuchen, wie sich Salz auf die Begrünung von Pflanzen auswirkt. Nach 11 Tagen Keimung in völliger Dunkelheit, beispielsweise in einer geschlossenen Kiste, wurden Blattstücke von Sämlingen als Vorbehandlung zunächst für 1,5 Stunden unterschiedlichen Salzkonzentrationen ausgesetzt.“ und dann bei relativ schwachem Licht beleuchtet, um sie grün zu machen. Die Grünfärbung, d.

Salzstress und Wassermangel

Tatsächlich ist es überraschend, dass selbst die Hälfte der Salzkonzentration von Meerwasser (d. h. etwa 300 mM NaCl) die Weizengrünbildung nicht vollständig hemmt, sondern die Umwandlung von Etioplasten in Chloroplasten verlangsamt. Bei relativ hohen Salzkonzentrationen (z. B. 600 mM NaCl), die dem Salzgehalt von Meerwasser entsprechen, wird die Begrünung jedoch vollständig gehemmt und es werden spezifische strukturelle Veränderungen, wie das Anschwellen der inneren Membranen der Etioplasten, beobachtet.

Hohe Konzentrationen von Salzlösungen wirken sich vor allem durch mindestens zwei Mechanismen negativ auf Pflanzen aus: Da sie reich an gelösten Ionen sind, können sie die Wasseraufnahme behindern und so sogenannten osmotischen Stress verursachen, und die verschiedenen Salzionen können direkt toxisch wirken auf die Zellen nach der Aufnahme und stört so deren Stoffwechsel.

Im Rahmen des ERASMUS+ Personalmobilitätsprogramms führten ungarische Forscher in Zusammenarbeit mit Beata Mysliwa-Kurdziel von der Jagellonen-Universität in Krakau systematische Studien durch, um zu testen, ob der osmotische Stress durch die verwendeten Salzlösungen maßgeblich zur beobachteten Hemmung der Begrünung beiträgt . Für diese Studien wurde eine nichtionische Verbindung, Polyethylenglykol, mit der gleichen Osmolarität wie die Salzlösungen verwendet, um den durch die verschiedenen Salzlösungen verursachten osmotischen Stress nachzuahmen.

Weniger Natrium, höherer Ertrag

„Mit elektronenmikroskopischen Untersuchungen haben wir gezeigt, dass die große und abnormale Schwellung des wasserhaltigen Innenraums (Lumen genannt) der inneren Membranen des Etioplasten nicht bei der Anwendung von allein osmotischem Stress auftrat und nur bei Proben beobachtet wurde, die mit hohen Na+-Konzentrationen behandelt wurden .“

„Unsere vergleichenden Analysen zeigten, dass hohe Konzentrationen (600 mM) von KCl, KNO3 oder 300 mM CaCl2 die Begrünung ebenfalls verlangsamten, aber keine derart ausgeprägten ultrastrukturellen Veränderungen hervorriefen“, sagt Katalin Solymosi.

Diese Ergebnisse könnten die kollektive Weisheit der Menschen bestärken, beispielsweise mit Kaliumsalzen (K+) angereicherte Holzasche anstelle von Natriumsalzen zum Enteisen verschneiter Straßen im Winter zu verwenden.

Ebenso gilt CaCl2 als umweltfreundlicheres Eisschmelz- und Antirutschmittel. In hohen Konzentrationen wirken sich beide Salze jedoch nicht positiv auf die Begrünung der Sämlinge aus. Dies sollten Sie bei Schneefällen im Winter bedenken, wenn Sie im nächsten Frühjahr einen schönen Garten mit vielen Grünpflanzen haben möchten.

Das Papier ist veröffentlicht im Tagebuch Planta.