In einer entscheidenden neuen Studie zeigen Pflanzenbauwissenschaftler der University of Illinois Urbana-Champaign und des Agricultural Research Service des USDA, dass Sojabohnen durch Trockenheit und Ozonverschmutzung doppelt geschädigt werden, die beide aufgrund des Klimawandels weltweit zunehmen.
Die Studie klärt die Frage, ob Trockenstress die Sojapflanzen tatsächlich vor den schädlichen Auswirkungen von Ozon schützen könnte, zu denen Blattbräune, Blattfall und Ertragsverluste gehören. Hier ist die Logik: Die Blätter sind mit Tausenden von winzigen Öffnungen, den so genannten Spaltöffnungen, übersät, die Kohlendioxid ein- und Wasserdampf ausströmen lassen. Wenn sie Trockenheit spüren, schließen die Pflanzen ihre Spaltöffnungen, um Wasser zu sparen. Einige frühe Studien legten nahe, dass die Trockenheit durch das Schließen der Spaltöffnungen auch verhindern könnte, dass Ozon in die Blätter eindringt und empfindliches Gewebe schädigt.
„Wir fanden heraus, dass das nicht der Fall war. Es gab eine signifikante negative Auswirkung von Ozon auf den Ertrag, unabhängig von der Trockenheit“, sagte die Mitautorin der Studie, Lisa Ainsworth, C.A. Ewing Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie und Professorin im Department of Crop Sciences, Teil des College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences in Illinois.
Um zu dieser Schlussfolgerung zu gelangen, baute das Team von Ainsworth drei Jahre lang Sojabohnen auf dem Feld an, und zwar unter Ozonkonzentrationen von 100 Teilen pro Milliarde – ähnlich den sommerlichen Konzentrationen in den landwirtschaftlichen Regionen Chinas und Indiens von heute – und unter Ausschluss von etwa 40 % der Niederschläge in jeder Saison.
Das Team nutzte die weltweit am längsten laufende Free Air CKonzentrationsanlage ESoyFACE, die 2001 durch eine Zusammenarbeit zwischen dem USDA-ARS und der U. of I. eingerichtet wurde. Die Anlage ermöglicht es den Forschern, die atmosphärischen und wetterbedingten Bedingungen in einem Produktionsfeld zu manipulieren und konstant zu halten, was normalerweise nur in kleinem Maßstab mit hochgradig künstlichen Geräten wie Wachstumskammern simuliert werden kann.
Die Forscher maßen die physiologischen Merkmale im Zusammenhang mit der Photosynthese und der Hormonsignalübertragung bei den wachsenden Pflanzen sowie den Ertrag am Ende jeder Saison. Erhöhtes Ozon verringerte durchweg die photosynthetische Effizienz und den Ertrag, mit weniger und kleineren Samen in jeder Schote.
Die Untersuchung der Hormonsignale war wichtig, denn im Gegensatz zu der Vorstellung, dass sich die Spaltöffnungen bei Trockenheit schließen und die Pflanzen vor Ozon schützen könnten, haben Wissenschaftler die Hypothese aufgestellt, dass Ozon das Hormon Abscisinsäure stören könnte, das das Dürresignal von den Wurzeln zu den Spaltöffnungen weiterleitet. Das würde bedeuten, dass die Spaltöffnungen offen bleiben, so dass Ozon eindringen und die Photosynthesemaschinen schädigen kann. Aber das ist nicht das, was Ainsworths Team gefunden hat.
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