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Understanding Halophytes for an Agriculture Worth its Salt

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Quinoa – ein Schlüssel zur Erschließung der Salzbodenproduktion

Die Böden werden aufgrund der Zunahme nicht nachhaltiger Bewässerungspraktiken als Reaktion auf den Klimawandel salziger. Diese Situation wird durch die Notwendigkeit, eine wachsende Bevölkerung zu ernähren, und den Mangel an geeigneten landwirtschaftlichen Flächen aufgrund der konkurrierenden Land- und Wassernutzung für den menschlichen Konsum sowie zur Produktion von Industrie-Pflanzen weiter verschärft.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen
Sicherheit

Die meisten Pflanzen und insbesondere landwirtschaftliche Nutzpflanzen können auf salzhaltigem Boden nicht überleben. Glücklicherweise sind Salzpflanzen eine Gruppe von Pflanzen, die nicht nur in Salzkonzentrationen gedeihen, welche für die meisten anderen Blütenpflanzen schädlich sind, sondern häufig auch eine kombinierte Toleranz gegenüber anderen Belastungen aufweisen, da ihre Lebensräume häufig zu Überschwemmungen, Trockenheit und hohen Temperaturen neigen. Das EU-finanzierte Projekt HALO untersuchte Quinoa (Chenopodium quinoa), eine salzliebende Pflanzenart aus Peru, um zu verstehen, wie sich Pflanzen an salzhaltige Umgebungen anpassen. „Wir waren an den speziellen, einzigartigen haarähnlichen äußeren Strukturen (Trichomen) interessiert, die als epidermale Blasenzellen bezeichnet werden und bei denen überschüssiges Salz von den empfindlichen Stellen in den Blättern entfernt wird“, sagt Marie Skłodowska-Curie-Forschungsstipendiatin Nadia Bazihizina.

Eine unerwartete Entdeckung

Eine wichtige Frage für die Forschenden war, wie die Salzbindung in Blasen erfolgt. „Da Stielzellen die wichtigsten intrazellulären Ionensteuerer zwischen Epidermis- und Blasenzellen sind, haben wir die wichtigsten Ionenflüsse (Chlorid (Cl-), Kalium (K+) und Natrium (Na+)) charakterisiert und vergleichende Transkriptomik verwendet, um aufzuklären, welche Transportergene am Ionentransport in diesen Zellen beteiligt sind. Wir haben auch untersucht, ob epidermale Salzblasen allein die Salztoleranz bei Quinoa definieren oder ob andere Schlüsselmerkmale in der Pflanze berücksichtigt werden sollten“, erklärt Bazihizina. Als Forschende die Transporter charakterisierten, die an der Salzbewegung in den Blasen beteiligt sind, stellten sie unerwartet fest, dass Quinoa viele negative Chloridionen (ein wichtiges Ion in Salzböden, das zuvor in Salzstudien übersehen wurde) transportiert, sogar mehr als positive Natriumionen. Das Wissen, wie die Transporter die Sequestrierung außerhalb von metabolisch aktiven Pflanzengeweben steuern, kann von Pflanzenzüchtern verwendet werden, um Linien auszuwählen, die diese Transporter in Arten exprimieren, welche eng mit Salzpflanzen verwandt sind (Kulturen wie Spinat, Zuckerrüben, Mangold). Sie können sie auch in homologen epidermalen Trichomen traditioneller Getreidekulturen exprimieren.

Wesentliche Vorteile

HALO wird daher grundlegendes Wissen darüber liefern, wie Pflanzen in salzhaltigen Umgebungen arbeiten, um zu erklären, wie Salz in die Blasen transportiert wird, und um möglicherweise neue Eigenschaften aufzuzeigen, die in Zuchtprogrammen gezielt eingesetzt werden können. Darüber hinaus hilft das Wissen über die Beeinflussung der Gesamtsalztoleranz von Quinoa durch epidermale Blasenzellen Forschenden dabei, Einblicke in größere Ernteertragssteigerungen unter Salzbedingungen zu gewinnen. In einem zunehmend unvorhersehbaren Klima könnten diese Pflanzen stabilere Erträge gewährleisten und dazu beitragen, unser kostbares Süßwasser zu erhalten. Derzeit wird die Bedeutung dieser Themen, vom Salzgehaltproblem bis zum potenziellen Nutzen von Salzpflanzen für die Gesellschaft, in der breiteren Gemeinschaft häufig unterschätzt – daher ist das Projekt HALO sowie die Verbreitung seiner Arbeit und Ergebnisse wichtig. Die Arbeit mit Salzpflanzen kann sich außerordentlich lohnen. „Sie versprechen neue Einblicke in alte Probleme und eine ganze Reihe neuer Fragen, um unser Bestreben darin zu unterstützen, nachhaltig mehr marginale und salzhaltige Ressourcen, sowohl Böden als auch Wasser, zu nutzen, was dann den Druck auf die begrenzten‚ ‚guten‘ Ressourcen, die für die menschliche Ernährung verwendet werden, verringern würde“, betont Bazihizina.

Schlüsselbegriffe

HALO, salzhaltig, Kulturpflanzen, Salzpflanzen, Blasenzellen, Stielzellen, Chenopodium quinoa, Ionentransport

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