CHAMPIONS

Chemische Abwehrmechanismen von Pflanzen in oxidativen Stresssituationen

Die Weltbevölkerung braucht immer mehr Nahrung. Wie werden da die Pflanzen der Zukunft aussehen? Diese "Champions" sollen ertragreich und resistent sein. Doch welche Abwehrmechanismen besitzen sie vor oxidativem Stress? Ziel dieses Projektes ist, gemeinsam mit den Schülerinnen und Schüler die chemischen Abwehrmechanismen der Pflanzen auf die zunehmende oxidative Belastung vor allem durch Ozon im Detail zu untersuchen.

Verschiedene Pflanzenarten aber auch verschiedene Genotypen einer Art (z.B. verschiedene Tabaksorten) reagieren sehr spezifisch hinsichtlich ihrer Anfälligkeit gegenüber Ozonbelastung. So werden sensitive Tabaksorten als Bioindikatoren für das Auftreten einer hohen Ozonbelastung eingesetzt. Diese unterschiedliche Sensitivität kann mehrere Ursachen haben: Alle Lebewesen, die in einer sauerstoffreichen Umwelt leben, besitzen in den Zellen antioxidative Systeme, um die permanent gebildeten reaktiven Sauerstoffspezies zu entgiften. Kommen diese Abwehrsysteme mit der aufgenommenen Ozondosis nicht mehr zurecht, werden die Blätter sichtbar und nachhaltig geschädigt. Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass ozontolerante Tabaksorten in ihren Härchen an der Blattoberfläche einen Stoff synthetisieren und diesen auf die Pflanzenoberfläche ''sprühen'', der Ozon schon an der Blattoberfläche unschädlich macht. Es gibt also Pflanzen, die ihre eigene ''Schutzcreme'' synthetisieren, um sich vor Ozon zu schützen. Diese Pflanzen sind für die in Zukunft zu erwartende Ozonzunahme schon sehr gut vorbereitet.

In einem ersten Ansatz wird im Projekt mithilfe der die räumliche Verteilung der Ozonkonzentration im Oberpinzgau gemessen und die Aufnahme von Ozon in Versuchspflanzen (Ozondosisbestimmung) abgeschätzt. Dazu werden die Schülerinnen und Schüler zusammen mit den Experten zunächst „low-cost“-Sensoren für Ozon, NOx, Temperatur, Feuchte und Strahlung herstellen und programmieren. Diese Sensoren bilden zusammen mit den ozonsensitiven Versuchspflanzen die Basisausstattung einer Forschungsstation. Solche Forschungsstationen werden in den Heimatgemeinden der Jugendlichen aufgestellt und von ihnen vor Ort betreut, um einen einzigartigen Datensatz zu generieren, der dazu dienen wird, die räumliche Verteilung von Ozon in dem inneralpinen Tal besser zu verstehen. Zudem soll damit erstmals die räumliche Verteilung der effektiven Ozondosis für Pflanzen im Oberpinzgau bestimmt werden.

In einem zweiten Ansatz soll unter kontrollierten Bedingungen im Labor der wissenschaftlichen Frage nachgegangen werden, weshalb manche Pflanzen-Genotypen extrem sensitiv auf Ozon reagieren andere dagegen eine hohe Resistenz gegenüber Ozon aufweisen. Dazu werden Pflanzen in einem Glasbehälter eingeschlossen und mit Ozon oder anderen Oxidantien behandelt und die Reaktion der Pflanzen darauf erforscht. Mit diesen Untersuchungen bewegt sich das Projekt im Bereich aktuellster Forschung auf dem Gebiet der pflanzlichen Abwehr gegenüber abiotischem Stress.