Neue Untersuchungen von Madeline Carins-Murphy und Kollegen haben ergeben wie die Kombination aus Hitzewellen und Dürre schnelle und irreversible Schäden an Blumen verursachen kann, was die Fortpflanzung in Pflanzen einschränkt. Wissenschaftler fanden heraus, dass extreme Hitze die Bildung blasenartiger Lufteinschlüsse, sogenannte Embolien, auslöst, die das Wassertransportsystem der Pflanze blockieren und bei niedriger Bodenfeuchtigkeit zu hydraulischem Versagen führen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da die Embolien die Wege, die die Blumen mit Wasser versorgen, lahmlegen, was zu einer schnellen Austrocknung und zum Absterben der Blumen führt. Diese Ergebnisse erklären, warum Hitze und Dürre zusammen weltweit besonders schwerwiegende Auswirkungen auf die Ernteerträge und die Pflanzenvermehrung haben.
Die Forscher untersuchten Pyrethrum-Gänseblümchenblüten, die zur Insektizidproduktion kultiviert werden. Sie fanden mehrere überraschende Faktoren, die Blumen bei Hitzewellen anfälliger für hydraulische Ausfälle machen als Blätter.
Pyrethrum-Blüten weisen bei Spaltöffnungen eine viel höhere Resttranspirationsrate auf als Blätter Atmung der Pflanze Löcher, sind geschlossen. Unter Transpiration versteht man den Verlust von Wasserdampf Pflanzengewebe. Unter Resttranspiration versteht man die Wasserbewegung durch die Blütenblätter, nachdem sich die Spaltöffnungen als Reaktion auf Dürre geschlossen haben. Das Wasserverlust ist typischerweise eine Anpassung an kühle Blumen. Aber während Hitzewellen beschleunigt es die Dehydrierung.
Die Modellierung ergab, dass der Boden nur leicht trocken sein muss, damit die Hitze eine vollständige Hydraulik auslöst Ausfall der Blütenstiele. Die Blätter blieben selbst bei starker Bodentrocknung unbeeinträchtigt.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass der Beginn eines hydraulischen Versagens in Blumen mit der Überschreitung eines theoretischen Schwellenwerts für außer Kontrolle geratene Kavitation einherging. Unter Kavitation versteht man die Bildung von Embolien. Runaway-Kavitation ist eine unkontrollierte Rückkopplungsschleife, bei der steigende Embolien mit steigendem Wasserdruck weitere Embolien hervorrufen. Dieser außer Kontrolle geratene Prozess schneidet die Blütenstiele ab Wasserversorgung, schnell austrocknende Blüten.
Carins-Murphy und Kollegen fanden heraus, wie wichtig Wasser für das Überleben der Blüten ist, indem sie untersuchten, wie gut die Blüten mit Hitze zurechtkamen. Sie fanden heraus, dass direkte Hitzeeinwirkung gut bewässerte Blumen nicht schädigte, was bewies, dass das Blumensterben eher mit Dehydrierung als mit thermischen Schäden zusammenhängt.
Während wir Blumen für hübsch halten und Bestäuber anlocken, sind sie ein entscheidendes Organ für die Fortpflanzung von Pflanzen. Aus den befruchteten Blüten entstehen die Samen und Früchte, aus denen viele unserer Nutzpflanzen bestehen. Verstehen, warum Blumen reagieren möglicherweise empfindlicher auf Dürrebedingungen, was zu einer Verbesserung der Ernte beitragen könnte Erträge in trockeneren Sommern. Carins-Murphy und Kollegen fanden heraus, dass diese Empfindlichkeit auf die außer Kontrolle geratene Kavitation in Blumen zurückzuführen ist und dass dies schwerwiegende Folgen für Nutzpflanzen haben könnte. Sie schreiben:
Theoretische Vorhersagen und empirische Daten deuten darauf hin, dass die außer Kontrolle geratene Kavitation im Blütenstamm von Pyrethrum-Pflanzen mit leichtem Wasserstress bei vorübergehender Hitze zu einem raschen Rückgang des Wasserpotentials führte, was zum tödlichen Austrocknen der Blüten führte. Die Validierung der Rolle dieses Prozesses bei hitzebedingten Schäden an Blumen und damit bei Ertragsverlusten und Fortpflanzungsversagen unterstreicht die Bedeutung der Einbeziehung der außer Kontrolle geratenen Kavitation in die prozessbasierte Modellierung, um die Auswirkungen heißer und trockener Bedingungen auf Kultur- und Naturflächen zu verstehen Anlagensysteme. Mit steigenden globalen Temperaturen und veränderten Niederschlagsmustern (IPCC 2014) ist es von größter Dringlichkeit, ein besseres Verständnis der Auswirkungen von kombiniertem Hitze- und Trockenstress auf die Pflanzenreproduktion zu erlangen. Die Reaktion des Pyrethrum-Blütensterbens auf diese Belastungen spiegelt wahrscheinlich eine allgemeinere Reaktion mehrjähriger Pflanzen wider, um das langfristige Überleben vegetativer Gewebe zu fördern. Dies muss jedoch noch getestet werden. Wenn es Gemeinsamkeiten gibt, dann ist das immer häufigere gleichzeitige Auftreten von heißem und trockenem Wetter mit der Blüte (Hedhly et al. 2009) wird erhebliche negative Auswirkungen auf die Pflanzenproduktion, das Überleben der Arten und die Funktion des Ökosystems haben.
Carins-Murphy et al. 2023.
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Carins-Murphy, MR, Cochard, H., Deans, RM, Gracie, AJ und Brodribb, TJ (2023) „Kombinierter Hitze- und Wasserstress führt zu lokalem Xylemversagen und Gewebeschäden in Pyrethrumblüten." Pflanzenphysiologie, P. kiad349. Verfügbar um: https://doi.org/10.1093/plphys/kiad349.
Titelbild: Pyrethrum von canva.
