Gastbeitrag von Danielle Marias, Oregon State University.
Pflanzenwassertransportsysteme von den Wurzeln über die Stängel bis zu den Blättern stehen aufgrund der Spannung der Wassersäule unter Unterdruck. Dies wird durch Wasserverlust durch Stomata – kleine Poren auf Blättern – verursacht und wird durch die Trockenheit der Atmosphäre verursacht, wie von beschrieben Die Kohäsionsspannungstheorie. Diese Spannung bzw. dieser Unterdruck setzt Pflanzen einem Kavitationsrisiko aus. Kavitation ist die Umwandlung von Wasser von Flüssigkeit in Dampf und kann dazu führen, dass ein gasgefülltes (embolisiertes) Gefäß oder eine Luftröhre kein Wasser mehr transportiert. Daher ist die Kavitationsbeständigkeit entscheidend, um Trockenheit zu bewältigen und zu überleben.
Methoden zur Bewertung des Kavitationswiderstands wurden heftig diskutiert. Es wurde vermutet, dass die Standard-Zentrifugenmethode, die gebräuchlichste und effizienteste Methode zur Messung des Kavitationswiderstands, methodische Artefakte aufweisen könnte und für Wurzeln nicht geeignet ist. Um dies zu untersuchen, Pratt et al. (2015) verglichen die Standard-Zentrifugenmethode mit zwei anderen unabhängigen Arten von Kavitationsmessungen in Wurzeln. Diese überzeugende Studie legt nahe, dass die Standard-Zentrifugenmethode den Kavitationswiderstand genau misst und für die Messung des Kavitationswiderstands in Wurzeln geeignet ist. Da Wurzeln im Allgemeinen anfälliger für Kavitation und Embolie sind als Stängel und Blätter, sind Studien zur genauen Messung der Wurzelkavitation von entscheidender Bedeutung, um die Reaktionen von Pflanzen auf Dürre zu verstehen, da die Schwere und Häufigkeit von Dürren mit dem sich ändernden Klima zunehmen können. Trockenresistenz und verwandte Themen zur hydraulischen Funktionsweise von Bäumen werden auch in der kommenden Sonderausgabe zur Baumphysiologie behandelt.
Pratt, RB, MacKinnon, ED, Venturas, MD, Crous, CJ, & Jacobsen, AL (2015) Der Wurzelwiderstand gegen Kavitation wird mit einer Zentrifugentechnik genau gemessen. Baumphysiologie, 24. Februar 2015 doi: 10.1093/treephys/tpv003
Abstract
Pflanzen transportieren Wasser unter Unterdruck und das macht ihr Xylem anfällig für Kavitation. Unter den Pflanzenorganen ist das Wurzelxylem aufgrund von Wasserstress oft sehr anfällig für Kavitation. Es wird angenommen, dass die Verwendung von Zentrifugenverfahren zur Untersuchung von Organen wie Wurzeln mit langen Gefäßen aufgrund des Vorhandenseins offener Gefäße in gemessenen Proben zu fehlerhaften Schätzungen des Kavitationswiderstands führt. Die Annahme, dass Wurzeln lange Gefäße haben, kann verfrüht sein, da Daten zur Wurzelgefäßlänge spärlich sind; Darüber hinaus haben neuere Studien die Existenz eines Langgefäß-Artefakts für Stiele nicht unterstützt, wenn eine Standard-Zentrifugentechnik verwendet wurde. Wir untersuchten die Kavitationsresistenz, die unter Verwendung einer Standardzentrifugentechnik geschätzt wurde, und verglichen diese Werte mit einheimischen Emboliemessungen für Wurzeln von sieben Holzarten, die in einem gewöhnlichen Garten wachsen. Bei einer Art haben wir auch die Anfälligkeit mithilfe der Luftinjektion in einem Gefäß gemessen. Wir fanden eine hervorragende Übereinstimmung zwischen der nativen Wurzelembolie und den Emboliegraden, die mit einer Zentrifugentechnik gemessen wurden, und mit Luftseeding-Schätzungen aus Einzelgefäßinjektionen. Aus Zentrifugenkurven gemessene Schätzungen des Kavitationswiderstands waren biologisch aussagekräftig und wurden mit den minimalen Wasserpotentialen vor Ort, dem Gefäßdurchmesser (VD), der maximalen xylemspezifischen Leitfähigkeit (Ksmax) und der Gefäßlänge korreliert. Wurzeln hatten im Vergleich zu Stängeln keine ungewöhnlich langen Gefäße; außerdem korrelierte die Wurzelgefäßlänge nicht mit VD oder mit der Gefäßlänge der Stängel. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Kavitationswiderstand der Wurzeln mit einer Standard-Zentrifugenmethode genau und effizient gemessen werden kann und dass Wurzeln sehr anfällig für Kavitation sind. Die Rolle der Wurzelkavitationsresistenz bei der Bestimmung der Trockenheitstoleranz von Gehölzen verdient weitere Untersuchungen, insbesondere im Zusammenhang mit dem Klimawandel
