Wichtiger Taktgeber: Nicht nur Faktoren wie die Tageslänge, auch der Stickstoffgehalt im Boden beeinflusst den Blühzeitpunkt von Pflanzen. Wie Experimente zeigen, wirkt das Vorhandensein dieses Nährstoffs als Signal, das Gene für die Blütenbildung aktiviert. Bei Stickstoffmangel beginnen die Pflanzen daher erst verzögert zu blühen. Diese Erkenntnis könnte nach Ansicht der Forscher in Zukunft zum Beispiel Landwirten nutzen.
Wann ist der richtige Zeitpunkt zum Blühen? Diese Frage ist für Pflanzen überlebenswichtig: Sprießen ihre Blüten zu früh oder zu spät, bilden sich womöglich keine Samen und die erfolgreiche Vermehrung steht auf dem Spiel. Aus diesem Grund werten die Gewächse kontinuierlich eine Reihe von Signalen aus, die ihnen als Hinweisgeber für das perfekte Timing dienen.
Eine besondere Rolle spielen dabei die Tageslänge und die Temperatur. Darüber hinaus ist der Energiehaushalt im Pflanzenkörper entscheidend. Weil die Blütenbildung sehr energieintensiv ist, wird dieser Prozess nur dann initiiert, wenn die Pflanzen genügend Kraftreserven in Form von Zucker zur Verfügung haben. Außerdem scheint auch der Stickstoffgehalt im Boden den Blühzeitpunkt zu beeinflussen. Doch über welchen Mechanismus?
Unterschiedliche Stickstoffversorgung
Justyna Olas vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam und ihre Kollegen sind diesem Geheimnis nun am Beispiel der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) auf den Grund gegangen. Wie die Wissenschaftler berichten, nehmen Pflanzen den Nährstoff Stickstoff in Form mineralischer Verbindungen wie Ammonium und Nitrat über ihre Wurzeln auf. Für ihre Experimente variierten sie daher die Menge dieser Stickstoffverbindungen im Erdreich.
Konkret ließen die Forscher einen Teil der Pflanzen auf einem optimal mit Stickstoff versorgtem Boden wachsen. Ein anderer Teil wurde dagegen weniger guten Bedingungen ausgesetzt – dabei war die Stickstoffversorgung allerdings gerade noch so gut, dass keine Mangelsymptome auftraten. Wie würden sich die unterschiedlichen Stickstoffgehalte auf den Blühzeitpunkt auswirken?
Nitratabhängige Gene
Die Auswertungen ergaben: „Je höher der Nitrat-Gehalt im Boden war, desto eher blühten die Pflanzen. Bei Stickstoffgehalten, die nahe an einer Mangelversorgung waren, war die Blüte dagegen verzögert“, berichtet Olas Kollegin Vanessa Wahl. Konkret zeigte sich dabei, dass das Nitrat bis in die Sprossspitze transportiert wird und dort auf mehrere an der Blütenbildung beteiligte Gene einwirkt.
Wie die Wissenschaftler herausfanden, werden viele dieser Gene nitratabhängig aktiviert. In der Folge kommt es dadurch zu einer vermehrten Bildung des sogenannten SOC1-Proteins. Diese Substanz hat für die Regulierung des Blühzeitpunkts eine zentrale Bedeutung. Denn SOC1 fungiert als Transkriptionsfaktor, der andere Gene ein- und ausschalten kann. Dies führt dann dazu, dass die Pflanzen keine weiteren Blätter mehr bilden und stattdessen die Blütenbildung initiiert wird.
Nutzen für die Landwirtschaft?
Insgesamt zeichnet sich damit ab: Pflanzen können ihren Lebenszyklus an das vorhandene Stickstoffangebot anpassen, indem sie die Blütenbildung bei suboptimalen Bedingungen verzögern. Der Stickstoffgehalt ist dabei ein Signal, das unabhängig vom Zuckerhaushalt ausgewertet wird. Werden beide Signale unterbunden, kann die Blütenbildung nicht in Gang kommen, wie die Forscher berichten.
In Zukunft wollen Olas und ihr Team mehr über die Rolle der Stickstoffversorgung und des Zuckerhaushalts für die Blütenbildung herausfinden. Auf lange Sicht erhoffen sie sich dadurch auch interessante Erkenntnisse für die Landwirtschaft: Wie wirkt sich eine reduzierte Stickstoffdüngung auf Nutzpflanzen aus? Und wie lässt sich der Ertrag trotz geringerer Stickstoffgehalte im Boden verbessern?
Dies ist unter anderem deshalb wichtig zu erforschen, weil der exzessive Einsatz mineralischer Düngemittel als ein wesentlicher Treiber des Klimawandels gilt und außerdem mit Umweltschäden wie der Belastung des Grundwassers einhergeht. (New Phytologist, 2019; doi: 10.1111/nph.15812)
Quelle: Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie
