Greifswald, 30. Januar 2024 – Stefan Schlömer, M. Sc. Biologie, und Diplom-Biologin Andrea Krüger ziehen ihre weißen Handschuhe über und greifen zur Schere. In den Laboren des Instituts für Botanik und Landschaftsökologie der Universität Greifswald gehen sie ins Gewächshaus. Gerste ist dort in viele einzelne Töpfe gepflanzt. Im Projekt PHYSICS FOR CROPPINGS SYSTEMS – Teil des Bündnisses PHYSICS FOR FOOD – erforschen sie um Prof. Dr. Christine Stöhr, Professorin für Pflanzenphysiologie, die Wirkungsweise von plasmabehandeltem Wasser auf Gerstenpflanzen.
Flüssiger Stickstoff stoppt Prozesse in der Pflanze
Für ihre wissenschaftlichen Forschungen sind zahlreiche Schritte notwendig. Alles beginnt damit, dass sie das zweite und dritte Blatt einer Gerstenpflanze abschneiden. Die beiden Wissenschaftler nennen es „ernten“. Die einzelnen Blätter packen sie per Pinzette in Alufolie, beschriften sie und legen sie in flüssigen Stickstoff: Die Blätter werden also schockgefroren. Zwischen dem Ernten und dem Gefrieren sollten laut Stefan Schlömer nur wenige Augenblicke liegen. Denn mit dem Abtrennen des Blattes starten zahlreiche Prozesse im Blatt, das nun nicht mehr mit der Pflanze und damit den Wurzeln verbunden ist. Diese Prozesse sollen bestmöglich unterbunden werden, da sie sonst die Forschungsergebnisse verzerrten. Neben dem Blatt werden im Übrigen auch die Wurzeln geerntet, schockgefroren und können somit später analysiert werden.
Im Labor ist Handarbeit gefragt
Um die Blätter zu untersuchen, müssen sie zunächst zerkleinert werden. Stefan Schlömer arbeitet mit dem Mörser, fünf Minuten lang. Auch dieser zeitliche Parameter ist klar definiert, sodass alle Untersuchungen denselben Ausgangspunkt haben. Der Wissenschaftler kümmert sich dann um die Auswertung des grünen Pulvers, das vormals das Gerstenblatt war. Es geht dabei um die einzelnen Bestandteile des Blattes und die Prozesse, die darin stattfinden. Der Vitamin-C-Gehalt oder phenolische Verbindungen wie Bitter- und Farbstoffe gehören dazu. Diese Daten geben darüber Aufschluss, in welchem Zustand sich das Blatt und damit die Pflanze befunden hat. Auch die Ergebnisse der Wurzeluntersuchungen fließen in die Betrachtung mit ein.
Plasmawasser als Training für die Pflanze
Denn: „Die Pflanze reagiert mit dem ganzen Organismus auf das Besprühen mit plasmabehandeltem Wasser“, erklärt Andrea Krüger. Nachweisbar sind die Wirkungen von dem Plasmawasser also sowohl im Blatt als auch in der Wurzel. „Sie reagiert mit einer unmittelbaren Stressantwort“, fügt sie hinzu. Diese sei zum Beispiel nachweisbar im Vitamin-C-Gehalt. Sie verfügt dann bereits über Komponenten, die sie für einen folgenden Trockenstress benötigt, um mit diesem oxidativen Stress umzugehen. In der Wissenschaft ist dabei die Rede von Priming. Das Ergebnis, dass eine Pflanze eine Art Training mithilfe des Plasmawassers durchlaufen kann, um dann im Ernstfall – wie Trockenstress – adäquat reagieren zu können, ist kürzlich in einer Studie veröffentlicht worden.
Gamechanger im Blick
Aber die Forschungsarbeit, die Prof. Dr. Christine Stöhr leitet, geht weiter. „Wir wissen nicht, ob noch andere Prozesse in der Pflanze stattfinden“, erklärt sie. Durch Genexpression wollen die Forschenden herausfinden, welche Gene der Pflanzen beim Besprühen mit plasmabehandeltem Wasser aktiviert werden. Der Stoffwechsel einer Pflanze ist äußerst umfangreich und komplex. „Wenn wir die Mechanismen des ‚Primings‘ verstehen lernen und sie richtig einzusetzen wissen, kann dies zu einem echten Gamechanger werden. Gerstenpflanzen könnten bei Trockenstress widerstandsfähiger sein als es jetzt der Fall ist“, blickt die Professorin voraus.
