14. Juni 2023 ǀ In einer Studie wurde von einem Greifswalder Forscherteam nachgewiesen, dass durch plasmabehandeltes Wasser Getreidepflanzen besser auf Wetterextreme wie Dürren und Trockenstress reagieren.

In Greifswald wird das plasmabehandelte Wasser hergestellt

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

Um den Einsatz chemischer Mittel zu reduzieren wird kaltes Atmosphärendruckplasma verwendet. Es besteht u.a. aus Elektronen, Ionen, neutralen Atomen und Molekülen sowie reaktiven Spezies. Am INP in Greifswald wird das plasmabehandelte Wasser hergestellt.

Die Ergebnisse der Studie von Forschenden des INP und des Instituts für Botanik und Landschaftsökologie der Universität Greifswald im Leitprojekt PHYSICS FOR CROPPING SYSTEMS sind nun im Journal of Plant Growth Regulation veröffentlicht worden.

Gerstenpflanzen wurden mit plasmabehandeltem Wasser besprüht

Im Gewächshaus wurden zwei Gruppen Gerstenpflanzen mit zwei verschiedenen Arten Wasser besprüht. Eine Gruppe mit entmineralisiertem Wasser und eine weitere Gruppe mit entmineralisiertem, plasmabehandeltem Wasser. Daraufhin wurden sie oxidativem Stress wie Trockenheit ausgesetzt. Die Auswirkungen dieser Behandlungen haben die Forschenden in den Blättern und in der Wurzel analysiert.

Gefunden wurden 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. 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.“

Wirkung des Wassers vom Blatt bis hin zur Wurzel nachweisbar

Die Wirkung des plasmabehandelten Wassers war übers Blatt bis in die Wurzel nachweisbar. 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 Forscherinnen und Forscher im Bündnis PHYSICS FOR FOOD verfolgen weiterhin konsequent diesen Weg, um einen Beitrag zur Stärkung der Pflanzenresilienz gegenüber den klimatischen Veränderungen zu leisten. Die Ergebnisse der Studie stimmen optimistisch.