Tenside könnten ein neues Licht auf den Wassertransport in Pflanzen unter negativem Druck werfen

• Antragsteller: Professor Dr. Steven Jansen
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 383393940

Der Wassertransport in Pflanzen ist von fundamentaler Bedeutung für die Funktion der Biosphere als auch für die Menschheit, jedoch ist noch nicht im Detail geklärt, wie Pflanzen Wasser transportieren. Stand der Erkenntnis ist, dass der Wassertransport in Pflanzen unter negativen Druck stattfindet. Dies aber wirft die Frage auf, wie dieses scheinbar metastabile System in der Pflanze aufrechterhalten wird.Ziel dieses Projektantrages ist es zu ergründen, wie Tenside das hydraulische Transportsystem von Pflanzen stabilisieren. Im Speziellen soll die Rolle von Tensiden bei trockenstress-induzierten Embolien und die Wechselwirkung von Tensiden mit Tüpfelmembranen untersucht werden. Folgende drei Hypothesen sollen überprüft werden: (1) Tenside treten im Xylemsaft von Samenpflanzen auf und bestehen aus unlöslichen Lipiden (Phospholipiden, Galactolipiden und Proteinen); (2) intertracheale Tüpfelmembranen fungieren als Nanobubble-Generatoren durch ihren fibrillären Aufbau und durch die Anwesenheit von Tensiden, die eine dynamische (anstelle einer statischen) Oberflächenspannung haben; (3) Xylemsaft-Tenside fraktionieren und stabilisieren Luftblasen und stabilisieren dadurch den Wassertransport unter negativen Druck.Die aufgestellten Hypothesen werden mittels chemischer Analyseverfahren und mittels Licht- und Elektronenmikroskopie bei drei Angiospermen- und zwei Gymnospermenarten untersucht. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der dynamischen Oberflächenspannung von Xylemsaft-Tensiden, der Porosität von Tüpfelmembranen, der Benetzbarkeit des Wassertransportsystems und dem Vorkommen von mit Tensiden ummantelten Nanobubbles im Xylemsaft. Die Kombination aus Experimenten und Modellierung wird genutzt, um die Entstehung von Nanobubbles und ihrem Abschnürverhalten besser nachvollziehen zu können. In weiteren Experimenten soll überprüft werden, ob unlösliche Tenside Luftblasen fraktionieren und die dadurch möglicherweise entstandenen Nanobubbles stabilisieren. Dieses innovative Forschungsprojekt wird für das Verständnis von Xylem-Tensiden und deren Funktion für den Wassertransport entscheidend beitragen. Die gewonnen Erkenntnisse können vielfältige und weitreichende Einflüsse auf biomimetische Anwendungen in verwandten Bereichen von Medizin und Technik haben und Erkenntnisse über die Mechanismen von Trockentoleranz bei Pflanzen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen