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Kompaktlexikon der Biologie: Dürreresistenz

Dürreresistenz, Anpassungen von Pflanzen, um Dürrestress und die damit verbundenen Dürreschäden zu vermeiden. Dabei werden unterschiedliche Strategien verfolgt, die sich nach den klimatischen Gegebenheiten und der Bodenbeschaffenheit richten (Dürretoleranz, Dürrevermeidung). Bestimmte Pflanzenarten arider Lebensräume wie die C4-Pflanzen und CAM-Pflanzen zeichnen sich zudem durch eine Reihe weiterer spezieller Anpassungen aus. Hydrostabile (isohydrische) Pflanzen halten den Wassergehalt des Gewebes bei Wassermangel aufrecht, wohingegen hydrolabile (anisohydrische) Pflanzen in der Lage sind, auch bei einem niedrigen Wasserpotenzial alle lebenswichtigen Funktionen aufrecht zu erhalten. Je nachdem, ob Dürre langsam und allmählich (Akklimatisierung) oder aber schnell und plötzlich einsetzt, kommt es zur Ausbildung verschiedener D.-Mechanismen. Zu den frühesten dieser Anpassungen zählen biophysikalische Prozesse, wie die durch einen geringeren Turgor hervorgerufene Verkleinerung der Blattflächen. Neben der Größe einzelner Blätter stellt auch die Anpassung der Blattzahl eine Anpassung an Wassermangel dar. Die Regulierung der Blattfläche lässt sich nicht nur bei Wüstenpflanzen beobachten, die im Extremfall alle Blätter abwerfen (Abscission), sondern auch bei Pflanzen der gemäßigten Breiten, die Dürrestress ausgesetzt sind ( vgl. Abb. ). D. wird auch durch ein gesteigertes Wurzelwachstum erzielt, wobei das Wurzel-Spross-Verhältnis zu Gunsten der Wurzeln verändert werden muss, was einen höheren Bedarf des Wurzelgewebes an Assimilaten erforderlich macht. Dabei dringen die Wurzelspitzen in die feuchten, tieferen Bodenschichten vor.

D. wird bei vielen Pflanzen auch durch die Akkumulation von Ionen, Zuckermolekülen und organischen Säuren sowie weiterer löslicher, so genannter kompatibler Stoffe im Zellinnern erreicht. Hierzu zählen die Aminosäure Prolin, der Zuckeralkohol Sorbitol und das quartäre Amid Glycinbetain. Dieser aktive, als osmotische Einstellung (engl. osmotic adjustment) bezeichnete Prozess erlaubt es Pflanzenzellen, ihr Wasserpotenzial zu senken, ohne dabei den Turgor zu verändern.

Dürrestress, der relativ rasch auftritt, begegnen Pflanzen mit anderen Schutzmechanismen als den bislang beschriebenen ( vgl. Abb. ). Dabei kommt es entweder zum passiven oder zum aktiven Schließen der Stomata. Der hydropassive Spaltenschluss läuft bei niedriger Luftfeuchtigkeit ab und beruht auf einem direkten Wasserverlust der Schließzellen. Hydroaktiv werden die Spaltöffnungen geschlossen, wenn es aufgrund von Veränderungen im Schließzellenstoffwechsel zu einem Absinken des Turgors kommt (Spaltöffnungsbewegungen).

Auf molekularer Ebene werden bei Wassermangel eine Reihe von Genen induziert (Dürretoleranz), wobei das Pflanzenhormon Abscisinsäure (ABA) als Signal fungiert und intrazelluläre Signalketten aktiviert. Sie enthalten vielfach in ihrem Promotor ein so genanntes ABA-responsive element (ABRE), an das bestimmte Transkriptionsfaktoren binden können.

Eine verbesserte D. ist ein Ziel der Pflanzenzüchtung, das mit konventionellen und gentechnischen Verfahren erreicht werden kann.



Dürreresistenz: Topfexperiment zum Verhalten unterschiedlicher Pflanzenarten bei Dürrestress. Beta vulgaris (Zuckerrübe) stellt sich im Unterschied zu Vigna unguiculata (Kundebohne, engl. Cowpea) osmotisch ein und hat in ihren Blättern dadurch ein tieferes Wasserpotenzial (oben). Die Kohlenstoffausbeute (Mitte) und der Wasserverlust (unten) sind allerdings nur unwesentlich verschieden

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  • Die Autoren

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Dipl.-Biol. Elke Brechner (Projektleitung)
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Dr. Daniel Dreesmann

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Professor Dr. Helmut König, Institut für Mikrobiologie und Weinforschung, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Professor Dr. Siegbert Melzer, Institut für Pflanzenwissenschaften, ETH Zürich
Professor Dr. Walter Sudhaus, Institut für Zoologie, Freie Universität Berlin
Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

Essayautoren:
Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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