Mechanismen der Trockenresistenz in Wüstenpflanzen

Die Mechanismen der Trockenresistenz können in drei Haupttypen unterteilt werden. Erstens ist die Flucht aus der Dürre die Fähigkeit der Pflanze, ihren Lebenszyklus zu beenden, bevor sich ein schwerwiegendes Pflanzenwasserdefizit entwickelt.

1. Dürreflucht :

Dürreperioden oder Ephemeriden treten nach Witterung in Wüstengemeinschaften schnell auf. Sie wachsen schnell und produzieren Samen, bevor die Wasserversorgung im Boden erschöpft ist, und es wird davon ausgegangen, dass sie keine besonderen physiologischen, morphologischen oder biochemischen Mechanismen haben, um mit Wasserdefiziten fertig zu werden.

Es ist jedoch bekannt, dass viele Sommerephemeriden eine für den C4-Weg der Photosynthese typische Anatomie des Kranz-Typs aufweisen, was die Effizienz der Wassernutzung erhöht. Ephemeriden scheinen aufgrund ihres schnellen Wachstums und ihrer Entwicklungsplastizität in trockenen Umgebungen zu überleben. Unter trockenen Bedingungen tritt nur wenig vegetatives Wachstum auf und es gibt nur wenige Blumen und Samen. In nassen Jahren können jedoch aufgrund ihrer unbestimmten Wuchsform große Samenmengen erzeugt werden.

2. Dürretoleranz mit niedrigem Gewebewasserpotential :

Zweitens: Dürretoleranz bei niedrigem Gewebewasserpotential durch Mechanismen, die die Aufrechterhaltung des Turgors ermöglichen und / oder die Toleranz des Protoplasmas gegenüber Austrocknung erhöhen. Turgor kann aufrechterhalten werden, wenn das Wasserpotential aufgrund der Ansammlung von gelösten Stoffen wie Zuckern abnimmt, was das osmotische Potential verringert, oder es kann durch hohe Gewebeelastizität aufrechterhalten werden.

Da nur wenige Messungen der Gewebeelastizität vorgenommen wurden und es unwahrscheinlich erscheint, dass voll expandierte Gewebe die Elastizität als Reaktion auf ein niedriges Wasserpotential erhöhen, scheint die Aufrechterhaltung des Turgors in erster Linie durch gelöste Ansammlung zu erfolgen. Munns et. al. (1979) fanden heraus, dass die wichtigsten gelösten Stoffe, die sich während des Trockenstresses in Weizenblättern ansammelten, Zucker und Aminosäuren waren.

In anderen Anlagen reichern sich organische Säuren, Kalium und Chlorid in erheblichem Maße an. Viel Aufmerksamkeit wurde auch der Rolle der Prolin- und Betain-Anhäufung in Pflanzen während Wasserstress gewidmet. (Wyn Jones & Storey 1981). Die Akkumulation von Prolin und Glycinbetain kann eine direkte Reaktion der Pflanze auf den Stress oder möglicherweise ein Nebenprodukt des Stress sein, und zwar aufgrund seiner Wirkung auf den Zellmetabolismus, wie beispielsweise der Proteinsynthese. Daraus folgt nicht, dass die Rate oder der Grad der Akkumulation von Prolin oder Glycinbetain ein Indikator für Dürretoleranz ist, der von Pflanzenzüchtern verwendet werden kann.

Protoplasmatische Resistenz gegen Wasserdefizite wird am besten bei „Auferstehungspflanzen“ und bei schnell trocknenden Moose wie Tortula ruralis demonstriert, die innerhalb weniger Minuten nach der Rehydration den normalen Zellstoffwechsel wieder aufnehmen können. Es ist möglich, dass sich Prolin, Glycinbetain oder andere zytoplasmatische nicht-toxische gelöste Stoffe ansammeln, wodurch die Membranen und Makromoleküle vor schwerer Dehydratisierung geschützt werden.

3. Dürretoleranz bei hohem Gewässerwasserpotential :

Die Dürretoleranz bei hohem Wasserpotenzial im Gewebe ist in erster Linie ein Mechanismus zur Vermeidung von Dürre, indem das Austrocknen des Gewebes vermieden wird.

Pflanzen dieser Kategorie können durch Mechanismen, die die Wasseraufnahme aufrechterhalten oder den Wasserverlust unter trockenen Bedingungen reduzieren, ein hohes Wasserpotenzial im Gewebe aufrechterhalten. Die Wasseraufnahme kann entweder durch eine Erhöhung der Wurzeldichte oder durch ein tieferes Wachstum aufrechterhalten werden.

Der Mechanismus zur Verminderung des Wasserverlustes umfasst die Regulierung der stomatalen Öffnung und die Entwicklung einer undurchlässigen Kutikula. Da CO ₂ über die Stomata eindringt, führt leider auch eine Verringerung des Wasserverlusts durch verringerte stomatale Apertur zu einer verringerten Photosynthese und schließlich zu einer Pflanzenausbeute.

Der Wasserverlust kann jedoch durch Blattbewegungen und Reflexionsänderungen der Blätter reduziert werden, wodurch die absorbierte Strahlungsmenge abnimmt. Verwelken, die Produktion von Haaren, Oberflächenwachs oder Salz erhöhen die Blattreflexion. Schließlich kann das Ablösen der älteren unteren Blätter den Wasserverlust vieler Kulturpflanzen reduzieren.