Zellspezifische Analyse der räumlichen Ionenmuster von Stomata unter Salzstress zweier salzempfindlicher Kulturpflanzen

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Zörb
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491678431

Die Ackerbohne (Vicia faba) ist empfindlich gegenüber Salz, insbesondere gegenüber erhöhtem Chlorid. Im Vergleich dazu ist Mais mäßig empfindlich gegenüber NaCl. Wir möchten das Zusammenspiel zwischen Gewebetoleranz und stomatären Prozessen bei erhöhten Ionenkonzentrationen analysieren, welche für die Salzresistenz in Blättern relevant ist. Da die stomatäre Funktion ein Top-Down-Regulator für viele physiologische Prozesse ist, wirken sich Funktionsstörungen der Stomata zwangsläufig stark nachteilig auf Wachstum und Entwicklung aus. Die Funktionalität der Stomata und damit die Kontrolle des Wasserzustands von Pflanzen trägt zu einer verbesserten Leistung unter Salzstress bei. Die Stomata von Mais unterscheiden sich von denen von Ackerbohnen, da monocotyle Schließzellen von Nebenzellen umgeben sind, die als Reservoir für anorganische Ionen dienen. In Ackerbohnen erfüllt die Zellwand, mithin der Apoplast, die entsprechende Funktion. Da Schließzellen eine geringe Selektivität für K+ gegenüber anderen einwertigen Kationen wie Na+ aufweisen und da sie Cl- in Abhängigkeit der Verfügbarkeit importieren, kann in den Zellwänden der Schließzellen nach NaCl-Exposition eine schädliche Anreicherung von Na+- und Cl--Ionen auftreten. Diese Beobachtung fand bisher nur wenig Beachtung, ist jedoch möglicherweise von enormer Bedeutung für die Wachstumsleistung unter Stress, da Stomata sowohl die die Aufnahme von CO2 für die Photosynthese als auch den Wasserverlust durch Transpiration regulieren. Die Verringerung der stomatären Öffnung unter salzinduziertem (Wasser-) Stress ist eine effektive Anpassung an Salzstress, die für die Leistungsfähigkeit der Pflanze unbedingt aufrechterhalten werden muss. Die Auswirkungen von ionischem Stress auf Schließzellen sind bisher wenig untersucht, die meisten Studien basieren auf Ganzblattproben und bieten daher keine gute Grundlage für neue Erkenntnisse über Stressreaktionen in den Schließzellen und dies insbesondere im Hinblick auf die Anreicherung von Salzionen in Zellwänden. Unsere jüngsten Pilotversuche mit epidermalen Peels haben gezeigt, dass ein Teil des Na+ und des Cl- unter Langzeit-NaCl-Stress in Schließzellen aufgenommen wird. Bei Aufnahme von Na+ und Cl- reagieren Schließzellen sensitiv und können daher Folgewirkungen für den gesamten Stoffwechsel bedingen. Die Anreicherung von Salzionen, als auch die Abnahme von Kalium (eine „Nebenwirkung“ der Na+-Akkumulation) werden sicherlich die Physiologie der Schließzellen beeinträchtigen, da Kalium ein entscheidender Regulator der Stomatabewegung ist. Auf der Basis einzelner Schließzellen erfolgt nun unsere Analyse der räumlichen Auflösung zelltyp-spezifischer physiologischer Reaktionen. Die Anwendung der neuesten hochauflösenden Methoden (EDX, SIMS) ermöglicht eine Analyse der ionischen Zusammensetzung der Einzelschließzellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen