Anbau von Reis: Balance von Phosphor und Stickstoff entscheidet über Wachstum und Ertrag

Ein neu entdeckter Mechanismus beim Pflanzenwachstum könnte künftig dazu beitragen, auf nachhaltige Weise höhere Ernten zu erzielen. Dies legt eine Veröffentlichung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Peking (China) in Zusammenarbeit mit Professor Dr. Stanislav Kopriva vom Exzellenzcluster CEPLAS nahe, in der Asiatischer Reis untersucht wurde. Entscheidend für den Ertrag sei demnach die Balance aus Stickstoff (N) und Phosphor (P). Beide Nährstoffe, an denen sich die Pflanze über ihre Wurzeln aus dem Boden bedient, interagieren stärker miteinander als bislang bekannt. Die Studie „Nitrate–NRT1.1B–SPX4 cascade integrates nitrogen and phosphorus signalling networks in plants“ ist in der Fachzeitschrift „Nature Plants“ erschienen.

Kopriva erklärt: „Für gesundes und optimales Wachstum brauchen alle Lebewesen eine gute Balance von Mineralstoffen – aber wie Pflanzen im Gegensatz zu uns Menschen diese Ausgewogenheit der Nährstoffe erreichen, ist nur wenig bekannt.“ Die Kollegen aus Peking hatten die Beobachtung gemacht, dass die Zugabe von Phosphat nur dann einen positiven Effekt auf das Pflanzenwachstum und den Ertrag gehabt hatte, wenn zugleich auch eine ausreichende große Menge an Stickstoff im Boden vorhanden war. „Gemeinsam haben wir nun herausgefunden, mit welchem Mechanismus der Stickstoff die Aufnahme von Phosphat steuert“, so Kopriva.

Die detaillierte Analyse auf molekularer Ebene ermöglichte es, eine ganze Signalkette zu entdecken, die die Pflanze in Gang setzt – angefangen bei dem Sensor, der Nitratmengen erkennt, bis hin zu Faktoren, die die Synthese der sogenannten Transporter ermöglichen, die das Phosphat in die Pflanze transportieren. Kopriva erläutert: „Die meisten Komponenten waren zwar schon einzeln bekannt, aber erst durch diese Arbeit wurden sie in einen Signalweg zusammengebunden. Das bringt uns ein ganz neues Verständnis der Steuerung von Pflanzenernährung. Zudem ermöglicht es gezielte Manipulationen, um die Aufnahme beider Nährstoffe entweder enger aneinander zu koppeln oder voneinander loszulösen – je nachdem, wie nährstoffreich der Boden ist, auf dem der Reis wächst.“

Professor Dr. Stanislav Kopriva vom Botanischen Institut der Universität zu Köln ist Co-Sprecher des Düsseldorf-Kölner Exzellenzclusters für Pflanzenwissenschaften CEPLAS, das von der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder in Millionenhöhe gefördert wird. CEPLAS möchte Grundlagenwissen über „SMARTe Pflanzen für die Anforderungen von morgen“ erarbeiten.

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