Wie Pflanzen auf mehr CO2 in der Luft reagieren

San Diego (USA) - Mehr Kohlendioxid in der Luft sorgt dafür, dass Pflanzenblätter weniger Wasser verdunsten. Denn die Poren der Spaltöffnungen an den Blattunterseiten reagieren auf einen erhöhten CO2-Gehalt der Luft, indem sie von Schließzellen verkleinert werden. Jetzt haben amerikanische Forscher entdeckt, dass es zwei CO2-bindende Enzyme sind, die als Sensoren für die CO2-Konzentration dienen. Sie erzeugten genetisch veränderte Pflanzen, die aufgrund einer vermehrten Produktion dieser Enzyme empfindlicher auf Schwankungen des CO2-Gehalts reagieren. Dadurch verringerte sich der Wasserverlust über die Poren, ohne dass die Fotosyntheseleistung sank. Deshalb wäre die Entwicklung trockenresistenter Nutzpflanzen auf diesem Weg möglich, schreiben die Wissenschaftler im Fachjournal "Nature Cell Biology".

"Diese beiden Enzyme könnten uns helfen, Pflanzen zu entwickeln, die Wasser effizienter nutzen, während sie Kohlendioxid für die Fotosynthese aufnehmen", sagt Julian Schroeder von der University of California in San Diego. Viele Pflanzen, so Schroeder, würden zu schwach auf den steigenden CO2-Gehalt der Luft reagieren, ihre Poren unnötig weit öffnen und dadurch unnötig viel Wasser verlieren. In ihren Versuchen mit der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) stellten die Forscher fest, dass eine Reaktion der Schließzellen auf Kohlendioxid ganz ausblieb, wenn den Pflanzen die Gene für zwei Carboanhydrasen fehlten. Diese Enzyme binden CO2 und katalysieren dessen Reaktion mit Wasser zu Protonen und Hydrogencarbonat. Je höher die Aktivität der Enzyme in den Schließzellen, desto geringer war die Porengröße der Spaltöffnungen.

Wurden die Schließzellen mit zusätzlichen Genen zur Produktion der Carboanhydrasen ausgestattet, verringerte sich der Wasserverlust der Blätter. "Dann reagierten die Schließzellen stärker auf CO2. Für jedes Kohlendioxidmolekül, das sie aufnahmen, verloren sie 44 Prozent weniger Wasser", sagt Erstautor Honghong Hu. Dabei liefen die Reaktionen der Fotosynthese weiter unverändert ab. Das Pflanzenwachstum würde sich also nicht verringern, was für die Erzeugung trockenresistenter Nutzpflanzen wichtig wäre. Bei gleichzeitig steigenden Temperaturen müsste man allerdings bedenken, dass die verminderte Verdunstung auch den Kühleffekt senken und die Pflanze möglicherweise schädigen würde.