Wetting Agents erhöhen die Trockenheitstoleranz und das Pflanzenwachstum

Vasileios Giannakopoulos, Doktorand an der Universität Lancaster, befindet sich in der Schlussphase seines dreijährigen Forschungsprojekts und ist von den Ergebnissen begeistert:   „Diese werden nicht nur Auswirkungen auf die Rasenindustrie haben, sondern auch für die Herausforderungen der globalen Erwärmung und der Ernährungssicherheit von Bedeutung sein.“ 

Ziel des Forschungsprojekts, das in Zusammenarbeit zwischen der Universität Lancaster und ICL durchgeführt wird, ist es zu untersuchen, wie Netzmittel die Beziehung zwischen Boden und Pflanze verändern können und wie Pflanzen besser auf ausgetrocknete Böden reagieren und darauf wachsen können. „Netzmittel werden heute vor allem in der Rasenindustrie eingesetzt und sind sehr wirksam bei der Behandlung wasserabweisender Böden und lokaler Trockenstellen. Mit dieser Forschung hoffen wir jedoch, ihre Wirkung auf pflanzenphysiologischer Ebene nachzuweisen und die Tür für andere Branchen zu öffnen“, so Vasileios Giannakopoulos in einem Interview im vergangenen Jahr. Zum Zeitpunkt dieses Gesprächs ist Vasileios gerade dabei, seine Dissertation fertigzustellen und für die Abgabe vorzubereiten. Wir fragten ihn nach den wichtigsten Ergebnissen seiner dreijährigen Forschungsarbeit.

Erstes wichtiges Ergebnis: Bessere Wasserverfügbarkeit im Boden

Die Untersuchung zeigt, dass die Anwendung von Tensiden im Boden die Wasserverfügbarkeit erhöht. Das bedeutet, dass mit Tensiden bei gleicher Bodenfeuchte das Wasser für die Wurzeln besser zugänglich war. Vasileios Giannakopoulos: „Für die Laborversuche wurde ein Sandboden verwendet, der bis zur Sättigung entweder mit Wasser oder mit Wasser und einem Tensid gemischt wurde. Die Wasserverfügbarkeit im Boden wurde bei verschiedenen Bodenfeuchten mit Thermoelement-Psychrometern gemessen.“

Bild 1. Vorbereitung der Probe für die Messungen in den dargestellten Kammern, d. h. Psychrometern.

Zweites wichtiges Ergebnis: Erhöhte Transpiration

Durch die Anwendung eines Tensids konnte die Transpiration von Gerste bei guter Bewässerung und erhöhtem Transpirationsbedarf um etwa 13 % gesteigert werden. Das bedeutet, dass die Spaltöffnungen der Blätter bei der Anwendung eines Tensids weiter geöffnet waren. Vasileios Giannakopoulos: „Gerstenpflanzen wurden in einem Gewächshaus auf Sandboden (entweder mit Tensid oder nur mit Wasser behandelt) angebaut und gut bewässert. Die Transpiration bei erhöhtem Transpirationsbedarf wurde in einer Gasaustauschkammer für die ganze Pflanze gemessen. Dabei befand sich nur der Trieb in der Kammer, die Wurzeln blieben außerhalb.“

Bild 2. Gasaustauschkammer für die ganze Pflanze (ohne Wurzeln).  

Bild 3. Messung der Öffnungsweite der Spaltöffnungen der Pflanze (stomatäre Leitfähigkeit).

Drittes wichtiges Ergebnis: Verbesserte Trockenheitsresilienz

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Anwendung von Tensiden die Resistenz der Pflanzen gegenüber Trockenheit verbessert. Der Versuchsaufbau war ähnlich wie beim Versuch mit dem zweiten wichtigen Ergebnis. Die verwendeten Arten und die Bodenzusammensetzung waren identisch. Jedoch wurden in diesem Fall die Messungen an den Pflanzen bei leicht ausgetrocknetem Boden durchgeführt. Vasileios Giannakopoulos: „Wir stellten fest, dass der Wassergehalt von Gerstenpflanzen, die in mit Tensiden behandeltem Boden wuchsen, bei geringem Transpirationsbedarf höher war als bei unbehandelten Pflanzen. Die mit Tensid behandelten Pflanzen litten deutlich weniger unter Trockenstress. Die Messungen wurden in einer Druckkammer durchgeführt.“

Bild 4. Messungen des Wassergehalts mithilfe einer Druckkammer.  

Viertes wichtiges Ergebnis: Erhöhtes Pflanzenwachstum

Die Untersuchungen zeigten, dass der Einsatz von Netzmitteln das Pflanzenwachstum steigerte. Die Trockenbiomasse der Triebe war sowohl bei Gersten- als auch bei Maispflanzen um etwa 20 % höher als bei den unbehandelten Pflanzen. Vasileios Giannakopoulos: „Gerste und Mais wurden wie bisher in einem Sandboden angebaut, die Hälfte der Pflanzen wurde mit Tensiden behandelt, die andere Hälfte diente als unbehandelte Kontrollgruppe. Die Pflanzen wurden gut bewässert und regelmäßig gedüngt. In allen Versuchen wurde der gleiche Dünger verwendet. Nach drei Wochen Wachstum wurden die Pflanzen geerntet, die Biomasse der Triebe (Blätter/Stängel) wurde im Trockenschrank bis zu einer konstanten Masse getrocknet und gewogen, um die Trockenbiomasse des Triebs zu erhalten.“

Coronapandemie: Immer einen Plan B in der Tasche haben

Wegen der Pandemie verzögerte sich Giannakopoulos‘ Projekt um einige Monate. Einige der Experimente waren noch nicht abgeschlossen, und da die Labors geschlossen waren, brauchte Giannakopoulos einen Plan B. „Ich musste in Betracht ziehen, dass die Labors vielleicht gar nicht mehr öffnen würden und ich stattdessen Computersimulationen durchführen müsste, um das Verhalten der Pflanze vorherzusagen.“ Glücklicherweise wurden die Labors im vergangenen Sommer wieder geöffnet, und Giannakopoulos konnte seine Forschung wie geplant durchführen. „Fast wie geplant“, fügt er hinzu. „Eine Doktorarbeit bringt es mit sich, dass die Dinge nicht immer nach Plan laufen und man sich ständig an unvorhergesehene Situationen anpassen muss. Durch die Pandemie hatten wir weniger Zeit für die Experimente als geplant. Ich wollte den Einfluss von Tensiden auf die Feuchtigkeitsverteilung im Boden und die vermuteten Auswirkungen auf die Pflanze-Wasser-Beziehung untersuchen, aber die Zeit reichte nicht. Daher musste ich dieses Ziel etwas abändern.“

Was kommt als Nächstes?

In den nächsten Wochen wird Giannakopoulos seine Dissertation fertigstellen, die dann von zwei Gutachtern, einem Vertreter der Universität Lancaster und einem externen Experten, geprüft wird. Im Rigorosum wird Giannakopoulos dann Fragen der Gutachter beantworten und Feedback diskutieren. „Wir hoffen auf eine fruchtbare Diskussion, und wer weiß, wie es nach der Abgabe der überarbeiteten Dissertation weitergeht? In diesem Forschungsbereich gibt es noch viele unbeantwortete Fragen.“ Für die Zukunft hofft Giannakopoulos, in der Wissenschaft zu bleiben, schließt aber auch eine Anstellung in der Industrie nicht aus. „Ich denke, ich werde mich nach einer Post-Doktorandenstelle im Vereinigten Königreich umsehen, vorzugsweise in den Bereichen Tenside, Pflanzen-Wasser-Beziehungen und Trockenstress, die alle mit der Ernährungssicherheit zu tun haben. Mir ist klar, dass ich nicht alles gleichzeitig machen kann, aber ich möchte weiter lernen und forschen. Selbst kleine Forschungsergebnisse können einen wichtigen Beitrag zum Wissen und zu unserer Gesellschaft leisten.“