Oft das mehrjährige C4-Gras Urochloa Humicola wird auf unfruchtbaren, sauren und zu Staunässe neigenden Böden des tropischen Amerika gepflanzt. Doch wie wirkt sich Staunässe auf sein Wachstum aus? Juan de la Cruz Jiménez und Kollegen führten einige Experimente durch, um das herauszufinden.

Sie denken vielleicht, dass Pflanzen durch ihre Blätter atmen und feuchte Erde brauchen, also warum sich Sorgen machen, wenn der Boden durchnässt wird? Juan Jiménez erklärte, dass es nicht so einfach ist: „Alle Zellen im Pflanzenkörper (nicht nur Blätter) benötigen Sauerstoff zum Atmen (wie Menschen atmen), um Energie für Erhaltung und Wachstum zu produzieren. In überschwemmten Böden ist der Sauerstoffgehalt zu niedrig, um die Wurzelatmung zu unterstützen, daher ist die interne Bewegung von Sauerstoff vom Spross (über dem Wasser befindliches Gewebe) zu den Wurzeln für das Überleben der Pflanze unerlässlich. Das ist wie ein Schnorchel, wenn Leute schwimmen gehen.“

Um die Bedeutung der Belüftung zu testen, stellten Jiménez und Kollegen einen Vergleich zwischen belüfteten und stagnierenden Wachstumsbedingungen auf. Das Team züchtete Pflanzen unter einer Mischung von Nährstoffbedingungen, von denen einige nährstoffarm und andere nährstoffreich waren. Dann belüfteten sie einige der Pflanzen und andere nicht. Sie fanden heraus, dass das Pflanzenwachstum unter nährstoffarmen Bedingungen in stehender Lösung dem in belüfteter Lösung gleich war. Wenn jedoch viele Nährstoffe für die Pflanzen verfügbar waren, schnitten die belüfteten Pflanzen am besten ab.

Die Ergebnisse entsprachen nicht ganz den Erwartungen des Teams, aber Juan Jiménez fand heraus, warum. „Wir erwarteten, dass die Kombination beider Belastungen (wenig Sauerstoff und niedrige Ernährung) eine stärkere schädliche Wirkung auf das Pflanzenwachstum haben würde als nur eine Belastung. Es stellte sich jedoch heraus, dass das Pflanzenwachstum bei geringer Ernährung langsam ist und der Anteil der Lufträume in den Wurzeln zunimmt, sodass diese Merkmale den Pflanzen helfen, solche Bedingungen kombinierten Stresses im Vergleich zu den belüfteten ‚Kontroll‘-Pflanzen besser zu tolerieren.“

Der hydroponische Anbau von Pflanzen ermöglicht viel Kontrolle für Experimente, aber es ist nicht ohne Probleme. Juan Jiménez sagte: „Anfangs hatten wir lange Diskussionen darüber, welche Nährlösungen wir in dieser Studie verwenden würden und wie diese die Bedingungen von Böden simulieren würden, die für die Produktion tropischer Gräser bestimmt sind. Wir haben einen großen Bereich von Konzentrationen in der Wachstumslösung mit dem Ziel bewertet, die variablen Nährbodenbedingungen widerzuspiegeln, in denen diese Pflanzen wachsen. Das Auferlegen präziser Behandlungen und das Pflegen der Pflanzen in dieser erdlosen Kultur in Nährlösungen nimmt viel Zeit in Anspruch. Die Messungen des radialen Sauerstoffverlusts in den Wurzeln erfolgten mit Spezialgeräten, die von einem berühmten Feuchtgebietspflanzenforscher von der Universität Hull im Vereinigten Königreich, Professor William Armstrong, entwickelt wurden. Unser Labor ist eines der wenigen Glücklichen weltweit, das über diese Ausrüstung und dieses Fachwissen verfügt.“

Jetzt, da das Team weiß, dass sauerstoffarme Bedingungen Probleme der Pflanzen mit Staunässe überdecken können, können sie ihre Experimente verfeinern. Der Plan ist nun, die Pflanzen weiter zu untersuchen, um herauszufinden, welche Sorten am besten gegen Staunässe geeignet sind. Juan Jiménez sagte: „Unsere nächste Forschung plant, die Methode mit stehendem Agar und geeignete Nährstoffgehalte für das Screening von Wurzelphänotypen verschiedener Arten und Akzessionen zu verwenden, um genetische Variationen in der Toleranz für die zukünftige Züchtung robusterer Futtermittel für überschwemmungsgefährdete Gebiete zu identifizieren.“

Die Ergebnisse sind für eine Vielzahl von Menschen von Bedeutung. In der Wissenschaft ist das Papier offensichtlich wichtig für Menschen, die sich mit Hochwasserstress in Wurzeln und den ökologischen Folgen von Überschwemmungen infolge des Klimawandels befassen. Aber auch außerhalb des Labors gibt es Anwendungen für die Forschung. Jiménez merkt an, dass die Suche nach einem leistungsstärkeren Gras Züchtern von tropischem Futter und Viehzüchtern in tropischen Regionen helfen wird.