Plasmabehandeltes Wasser stärkt Getreidepflanzen

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Gerste besser gegen Trockenstress gewappnet

Ein Greifswalder Forscherteam hat nachgewiesen, dass durch plasmabehandeltes Wasser Getreidepflanzen besser auf Trockenstress und damit auf Wetterextreme wie Dürren reagieren. Hierzu sind einzelne Parameter, die als Indikator für oxidativen Stress in einer Pflanze gelten, miteinander verglichen und Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen einer Plasmabehandlung und Stärkung der Pflanze formuliert worden. Die Ergebnisse der Untersuchung wurden bereits am 26.09.2022 open access im Journal of Plant Growth Regulation publiziert.

Getreidefelder – Foto © Veronika Neukum, Agentur Zukunft, für Solarify

Das Forscherteam ist Teil des Bündnisses „PHYSICS FOR FOOD – EINE REGION DENKT UM!“, das die Hochschule Neubrandenburg, das Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP) in Greifswald und weitere Wirtschaftspartner der Region initiiert haben. Das Bündnis forscht an umweltfreundlichen physikalischen Methoden für die Land- und Ernährungswirtschaft, um eine alternative Antwort auf die Herausforderungen der Zukunft zu finden.

Kaltes Atmosphärendruckplasma stellt dabei eine physikalische Methode dar, um den Einsatz chemischer Mittel zu reduzieren. Es besteht u.a. aus Elektronen, Ionen, neutralen Atomen und Molekülen sowie reaktiven Spezies. Am INP in Greifswald wird das plasmabehandelte Wasser hergestellt.

Es wurden Gerstenpflanzen im Gewächshaus sowohl mit entmineralisiertem, plasmabehandeltem Wasser also auch nur mit entmineralisiertem Wasser besprüht und daraufhin oxidativem Stress wie Trockenheit ausgesetzt. Die Auswirkungen dieser Behandlungen haben die Forschenden in den Blättern und in der Wurzel analysiert.

Sie haben dabei Hinweise auf Zusammenhänge zwischen den bisher gefundenen Vorteilen einer direkten Plasmabehandlung – z. B.  die Inaktivierung von Pilzen, Viren oder Bakterien, die Pflanzenkrankheiten auslösen, sowie die Begünstigung von Keimung und Wachstum – und der Beeinflussung des antioxidativen Systems gefunden. So entstehen bei der Behandlung des Wassers mit Plasma unter anderem Wasserstoffperoxid und Stickstoffmonoxid in geringer Konzentration. Beide Moleküle regen das Signalnetzwerk der Pflanze an, enzymatische und nichtenzymatische Antioxidantien zu produzieren, also gegen den oxidativen Stress anzukämpfen. Die Parameter für oxidativen Stress konnten sowohl im Blatt als auch in der Wurzel – in beiden Fällen mit und ohne Plasmabehandlung – miteinander verglichen und Hinweise auf Zusammenhänge dokumentiert werden.

Prof. Dr. rer. nat. Christine Stöhr, Professorin für Pflanzenphysiologie am Institut für Botanik für Landschaftsökologie der Universität Greifswald und Leiterin der Forschungsgruppe, bilanziert: „Die Komponenten, die die Pflanze braucht, um entsprechend auf einen oxidativen Stress reagieren zu können, hat sie durch das plasmabehandelte Wasser erhalten. Es bleibt die Frage, ob noch weitere Prozesse stattfinden. Der Stoffwechsel in einer Pflanze ist äußerst umfangreich. Wir schauen uns nun die Genexpression der Pflanze an, um zu analysieren, welche Gene angeschaltet werden, die diese Reaktionen hervorrufen.“

Bemerkenswert war darüber hinaus das Ergebnis, dass die Wirkung des plasmabehandelten Wassers übers Blatt bis in die Wurzel nachweisbar war. Allerdings kam auch heraus, dass die Antioxidantien in der Pflanze, die durch das Plasmawasser verstärkt auftreten, erst dann nachweisbar waren, wenn die Pflanze wirklich einem Trockenstress ausgesetzt war. Hierbei ist die Rede von einem sogenannten Priming-Effekt. Priming bedeutet dabei einen physiologischen Zustand der Pflanze hervorzurufen, um besser und stärker auf abiotischen – wie zum Beispiel Trockenheit – und biotischen Stress – wie zum Beispiel Krankheitserreger – reagieren zu können. Diese Art Training könnte für die Gerste in Zukunft durchaus von Nutzen und plasmabehandeltes Wasser als Priming-Mittel einsetzbar sein.

Dr. Henrike Brust, Biologin am Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP) und Mitglied der Forschungsgruppe, fügt hinzu: „Diese Studie zeigt, dass plasmabehandeltes Wasser durchaus einen Effekt auf die Pflanzenphysiologie hat. Jetzt gilt es weiter herauszufinden, wie genau die Prozesse in der Pflanze ablaufen, die sie besser auf oxidativen Stress reagieren lassen.“

Die Ergebnisse der Studie stimmen optimistisch. Daher verfolgen die Forscherinnen und Forscher im Bündnis PHYSICS FOR FOOD weiterhin konsequent diesen Weg, um einen Beitrag zur Stärkung der Pflanzenresilienz gegenüber den klimatischen Veränderungen zu leisten.

Über PHYSICS FOR FOOD

Die Hochschule Neubrandenburg, das Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP) und Wirtschaftsunternehmen starteten im Jahr 2018 das Projekt „PHYSICS FOR FOOD – EINE REGION DENKT UM!“. Das Bündnis entwickelt seitdem gemeinsam mit zahlreichen weiteren Partnern neue physikalische Technologien für die Landwirtschaft und Lebensmittelverarbeitung. Dabei kommen Atmosphärendruck-Plasma, gepulste elektrische Felder und UV-Licht zum Einsatz.

Ziel ist es, Agrarrohstoffe zu optimieren und Schadstoffe in der Lebensmittelproduktion zu verringern, chemische Mittel im Saatgut-Schutz zu reduzieren und die Pflanzen gegenüber den Folgen des Klimawandels zu stärken. Es wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Initiative ‚WIR! – Wandel durch Innovation in der Region‘ gefördert (Förderkennzeichen 03WIR2810).

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