Winterhärte, Akklimatisierung und Deakklimatisierung bei kalten Temperaturen können Pflanzen helfen, Frostschäden an ihrem Gewebe zu verhindern oder zu reduzieren. Durch komplexe molekulare Netzwerke können Pflanzen ihre Reaktion auf wiederholten Stress verbessern („erinnern“) und ihre Winterhärte erhöhen.

Drs Kensuke Kimura, Masaharu Kitano und Kollegen von der National Agriculture and Food Research Organization (NARO), der Kyushu University und der Kochi University, sammelten ein Jahrzehnt lang die Knospen zweier Teesorten und verglichen Frostschäden an ihnen. Der Die Forscher erstellten ein mathematisches Modell, um das Kältestressgedächtnis der beiden Sorten zu vergleichen und deuten darauf hin, dass die später sprießende Sorte relativ empfindlicher auf kürzlichen Kältestress reagiert. Drs. Kensuke Kimura und Masaharu Kitano vor kurzem zeigten, dass die Lufttemperatur und die Photosyntheserate der Blätter von Erdbeeren innerhalb eines großen Gewächshauses stark variieren.

Ein Jahrzehnt lang sammelten Forscher 15 Teeknospen von zwei Teesorten, die zu unterschiedlichen Jahreszeiten sprießen. Die Knospen der früh sprießenden Sorte (Yutakamidori) wurden von 0°C auf –1, –2 und –3°C eingefroren, indem die Temperatur um 1°C pro Stunde gesenkt wurde. Die Knospen der später sprießenden Sorte (Yabukita) wurden mit der gleichen Geschwindigkeit bis auf -14, -15 und -16°C eingefroren. Nach drei Stunden bei der Zieltemperatur wurden die Knospen aufgewärmt und die Wissenschaftler werteten aus, wie viel Gewebe geschädigt (z. B. verfärbt) war.

Blüte der Teepflanze, Camellia sinensis. Quelle: canva

Basierend auf dem Prozentsatz an totem Gewebe, tödlichen Temperaturen von 10 % der Proben schätzten die Forscher die Kältehärte, das Kältestressgedächtnis und die Deakklimatisierungsrate als Reaktion auf warme Temperaturen für die beiden Sorten. Die Wissenschaftler modellierten die Winterhärte basierend auf den Tagestemperaturen der experimentellen Teefelder.

Modellierung des Kältestressgedächtnisses in Teeknospen. Nachdem die Knospen den ersten Kältestress (t = 1) erfahren haben, der unter einer Schwellentemperatur liegt, hängt das Gedächtnis von der Länge und Schwere des Kältestresses ab, wie durch die Vergessenskurven dargestellt. Quelle: Kimuraet al. 2020

Die Modellierung zeigte, dass Yabukita, die später sprießende Sorte, relativ empfindlicher auf jüngsten Kältestress reagiert und sich langsamer deakklimatisiert als Yutakamidori. Das Modell war für beide Sorten insgesamt sehr genau, aber nach der Akklimatisierungsperiode (Winter bis Frühling) ist es relativ ungenauer, da die Tagestemperaturen stark schwankten.

„[W]ir glauben, dass dieser erste Versuch, ein Kältehärtemodell zu entwickeln, das das Konzept des Pflanzenstressgedächtnisses verwendet, zu genaueren Vorhersagen der Kälteakklimatisierung und -deakklimatisierung in zukünftigen wärmeren Klimazonen beitragen wird“, schrieben Kimura, Kitano und Kollegen.

„Um ein zuverlässigeres prozessbasiertes Modell zu entwickeln, das die Stressgedächtnisse berücksichtigt, müssen wir experimentell verstehen, wie sich Pflanzen lange Temperaturbelastungen merken und an welchem ​​​​Punkt im Gedächtnis es für die Kälteakklimatisierung und Deakklimatisierung effektiver ist.“

Frostschäden an Teepflanzen führten allein im Jahr 300 zu Verlusten von über 2010 Millionen US-Dollar für chinesische und japanische Produzenten. Dieses Modell, das auf kontrollierten Gefriertests basiert, ermöglichte es Wissenschaftlern, die Winterhärte zweier Teepflanzen zu vergleichen und Teebauern zu informieren, welche Sorte an verschiedenen Standorten angebaut werden sollte.