Reaktionen auf Dürre und Überschwemmungen

Wasser spielt eine wichtige Rolle im Lebenszyklus der Pflanzen. Ungenügend oder überschüssiges Wasser kann jedoch schädlich sein und eine ernsthafte Bedrohung für Pflanzen darstellen.

Unter normalen Bedingungen verdunstet das von der Pflanze aufgenommene Wasser aus den Blättern und anderen Teilen in einem Prozess, der Transpiration genannt wird. In Zeiten von Dürrestress wird mehr Wasser durch Transpiration verdunstet als vom Boden aufgenommenen wird, wodurch die Pflanzen verwelken. Die allgemeine pflanzliche Reaktion auf Dürrestress ist die Synthese des Hormons Abscisinsäure, welches die Stomata geschlossen hält und die Transpiration reduziert. Darüber hinaus können Pflanzen auf extreme Wasserinsuffizienz reagieren, indem sie Blätter abstoßen. Diese Methode reduziert jedoch die Photosynthese und behindert somit das pflanzliche Wachstum.

Abschwächung von Dürrestress in Pflanzen durch Mikroben

Dürrestress begrenzt das Wachstum und die Produktivität von Pflanzen in trockenen und halbtrockenen Regionen. Bestimmte Mikroben, die sich in der Nähe von Pflanzen befinden, können jedoch physikalische und chemische Signale freisetzen, die Veränderungen im Zusammenhang mit der pflanzlichen Verteidigung bei Dürrebedingungen induzieren. Zum Beispiel wurde berichtet, dass das Bodenbakterium Paenibacillus polymyx eine Dürretoleranz in Arabidopsis Pflanzen induzieren. Eine signifikante Wirkung dieser Bakterien beobachte man beim Wachstum von Hülsenfrüchtlern unter Wasserstress. Hülsenfrüchtler sind von im Boden lebenden Rhizobium für ihre Stickstofffixierung abhängig – aber Rhizobia sind extrem empfindlich für durch Trockenheit ausgelösten Stress, was zu einer sehr geringen Stickstofffixierung führt. Allerdings führte der mit P. polymyx vermischte Boden zu einer erhöhten Stickstofffixierung durch das Rhizobium und einem erhöhten Wachstum der Bohnenpflanze.

Exzessives Wasser ist für Pflanzen ebenso schädlich wie Wassermangel. Zu viel Wasser kann die Pflanzen ersticken, da die Lufträume im Boden reduziert werden, wodurch die Sauerstoffmenge für die zelluläre Atmung beschränkt wird. Bestimmte holzige Pflanzenarten reagieren auf Hochwasserbedingungen mit einem hypertrophen Wachstum, das als eine Schwellung des Gewebes an der Stammbasis erscheint. Dieses hypertrophe Wachstum kann bei der nach unten gerichteten Diffusion des Sauerstoffs sowie bei einer möglichen Entlüftung von toxischen Verbindungen (Kohlendioxid, Methan und Ethanol) aus dem anaeroben Stoffwechsel helfen. Andere adaptive Reaktionen auf Stress durch Hochwasser sind die Bildung von Adventivwurzeln, Erhöhung der Wurzelporosität durch spezialisierte Gewebe, dem Aerenchym, und eine Suberin-haltige Exodermis, um Sauerstoffverlust zu verhindern.