Die hydraulische Aktivierung von Stomata (HAS) - Entstehung; Einfluss auf Nährstoff- und Wasserhaushalt; Anwendung

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Jürgen Burkhardt
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik ; Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 193519114

Blattoberflächen sind nicht sauber. Atmosphärischer Feinstaub lagert sich auf ihnen ab. Ein großer Teil davon ist hygroskopisch und verflüssigt sich, begünstigt durch die pflanzliche Transpiration. Daher können sich sogar an trockenen, heißen Sommertagen mikroskopische Mengen flüssigen Wassers auf Blattoberflächen bilden. Über dieses mikroskopische Wasser und wie es die Wechselwirkung der Blattoberfläche mit Atmosphäre und Blattinnerem beeinflusst, ist sehr wenig bekannt. Wenn sich Salzpartikel verflüssigen bilden sie hoch konzentrierte Lösungen mit ionenspezifischen physikochemischen Eigenschaften. Während der ersten Projektphase fanden wir nicht nur klare Indizien für die stomatäre Aufnahme wässriger Lösungen, sondern identifizierten auch die reduzierte Oberflächenspannung solcher Lösungen und die dynamische Deliqueszenz/Effloreszenz von Salzpartikeln als zwei verantwortliche Faktoren für die Aufnahme wässriger Lösungen in die Stomata. Damit widerlegten wir ein 40 Jahre altes Paradigma, das die stomatäre Aufnahme wässriger Lösungen vollständig ausgeschlossen hatte. Stomatäre Penetration führt zur hydraulischen Aktivierung der Stomata (HAS), also zur Bildung durchgängiger, dünner Flüssigwasserverbindungen, die entlang der stomatären Wände verlaufen und den Apoplasten mit der Blattoberfläche verbinden. HAS ermöglicht den effizienten bidirektionalen Transport von Wasser, gelösten Stoffen und hydraulischen Signalen zwischen der Blattoberfläche und dem Blattinneren und führt zur teilweisen Entkopplung von stomatärer Transpiration und stomatärer Öffnungsweite. Wir fanden erhöhte Transpiration nach der Aufbringung von Partikeln auf Blätter und verringerte Transpiration, wenn Pflanzen in partikelfreier Umgebung aufwuchsen. Partikel scheinen auch die Optimierung der stomatären Öffnungsweite zu beeinflussen. Wir zeigten dass partikuläre Luftverschmutzung die Trockenheitstoleranz von Bäumen verringern kann. Mit dem Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) zeigten wir, dass Feinstaubakkumulation als mögliche Waldschadensursache vermutlich übersehen wurden.Die Feinstaubablagerung auf Blattoberflächen ist ein weitgehend unbekannter Umweltfaktor, der aber potentiell den Nährstoff-, den CO2- und den Wasserhaushalt aller Arten terrestrischer Pflanzen beeinflussen kann. Das Hauptziel ist nun ein besseres Verständnis dieses Umweltfaktors und seiner Wirkung auf Pflanzen. Es sind Experimente zum Einfluss atmosphärischer Deposition und zur Blattaufnahme wässriger Lösungen (Salze, Tenside, organische Wirkstoffe) geplant. Die Fließprozesse solcher Lösungen sollen mit mikroskopischen Verfahren in Bildern und Videos sichtbar gemacht werden. Die Wirkung von Partikeln auf den pflanzlichen Wasser- und CO2-Haushalt soll mit Hilfe von Partikeladditions- und Partikelausschluss- Experimenten untersucht werden. Hierbei stehen besonders die ökophysiologischen Reaktionen auf erhöhtes Wasserdampf-Sättigungsdefizit und auf erhöhte CO2-Konzentrationen im Vordergrund.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Privatdozent Dr. Mauricio Hunsche