Plantenbladeren kunnen veel hogere zoutconcentraties aan dan wortels. Het onderliggende mechanisme kan helpen om meer zouttolerante gewassen te ontwikkelen.

Bij gebrek aan water, warmte of intensieve irrigatie neemt het gehalte aan keukenzout (natriumchloride) in de bodem toe. De meeste gewassen zijn echter gevoelig voor zout. Ze reageren op het toenemende zoutgehalte van de bodem door hun groei sterk te verminderen. Dit leidt tot een vermindering van de oogst.

Eenmaal door de wortels uit de grond opgenomen en met de waterstroom naar de scheuten en bladeren gedragen, kan het zout zijn giftige werking uitoefenen op het metabolisme van de plant. Hoe de plant aan dit dilemma kan ontsnappen, laten plantenonderzoekers van de Julius-Maximilians-Universiteit (JMU) Würzburg in Beieren, Duitsland, zien in hun laatste publicatie in het tijdschrift New Phytologist .

Biofysicus professor Rainer Hedrich en zijn team hebben een methodiek ontwikkeld waarmee eenvoudig en snel kan worden vastgelegd hoe planten de zouttoevoer in hun bladeren ontgiften.

Bladbeweging als indicator van zouttransport

Om de mechanismen voor zoutontgifting in bladeren te onderzoeken, gebruikten Dr. Dorothea Graus als eerste auteur van de publicatie, Professor Irene Marten en Dr. Kai Konrad tabaksplanten als modelsysteem. De intercellulaire ruimtes van tabaksbladeren kunnen gemakkelijk en snel worden gevuld met testoplossingen met behulp van een injectiespuit.

Om het omgaan met acute zoutstress vast te leggen, werd de binnenkant van de tabaksbladeren overspoeld met een 30 procent zeezoutoplossing en werd de reactie vastgelegd met een videocamera. Deze zoutstress veroorzaakte een verlaging van de druk in de bladcellen, wat merkbaar werd naarmate het blad steeds verder wegzakte.

"We waren hierop voorbereid", zegt Rainer Hedrich. "Maar het feit dat het blad volledig herstelde van de zoutvloed en na slechts 30 tot 40 minuten terugkeerde naar zijn oorspronkelijke bladpositie was meer dan verbazingwekkend." De geïnjecteerde zoutdosis bleef in het blad, maar niet in de intercellulaire ruimtes. In plaats daarvan werd het geabsorbeerd in het celplasma.

Het zout, dat de druk in het blad verminderde, werd zo in de cel ingevoerd en vervolgens naar het grootste celcompartiment, de vacuole, geleid. Door deze stap komt het aanvankelijk door osmose verloren water weer de cel in, waarna de celdruk weer opbouwt en het blad rekt.

Hoe komt het zout in de cel en hoe komt het in de vacuole terecht?

Kai Konrad en Irene Marten leggen uit dat "natriumionen de cel binnenkomen via ionenkanalen en worden aangedreven door de negatieve potentiaal van het celmembraan. Chloride-ionen worden opgenomen door chloride-proton-cotransporters, die worden gevoed door de proton-aandrijvende kracht.

Als gevolg van de opname van natriumchloridezout in het celplasma daalt de membraanpotentiaal tijdelijk terwijl de netto protonconcentratie afneemt. Deze signalen initiëren, samen met natriumionsensoren, het zouttransport van het cytoplasma naar de vacuole. Uit de onderzoeken is gebleken dat het transport op het vacuolemembraan sterk mede bepaalt wat er in het cytoplasma en op het celmembraan gebeurt.

Kai Konrad voegt toe:"Met behulp van fluorescentie-gebaseerde detectie van protonconcentraties, konden we aantonen dat de opname van natriumionen in de vacuole gepaard gaat met een verandering in de protonconcentratie in het cytosol en de vacuole." Dit was een aanwijzing voor de betrokkenheid van de NHX1-transporter gelokaliseerd in het vacuolemembraan, die natriumionen uitwisselt voor protonen uit de vacuole tijdens zoutstress. "We konden deze veronderstelling onderbouwen met plantenlijnen waarvan de vacuolen een verhoogde activiteit van de natriumion-proton-antiporter NHX1 vertoonden", legt Kai Konrad verder uit.

Baanbrekende uitzondering op het calciumdogma van zouttolerantie

In wortels veroorzaakt een toename van calciumionen in het cytoplasma natriumionenafstotende krachten die binnendringende zouten in de bodem afwijzen. Dit zoutbeschermingsmechanisme, ook wel de SOS-route genoemd, is ook actief in de tabakswortel. Het onderzoeksteam van Würzburg was echter verrast te ontdekken dat de bladeren de toegediende zoutbelasting konden ontgiften zonder enig calciumsignaal.

Dit betekent dat het SOS-dogma op basis van calciumionen niet langer geldig is met betrekking tot zoutstressbeheersing in bladeren.

"Wortels van de meeste planten lijden al als ze geconfronteerd worden met een kwart van de zoutdosis die we aan het tabaksblad hebben opgelegd", legt Kai Konrad uit. Bladeren hebben dus blijkbaar een betere zoutstressbeheersing en dus zouttolerantie dan wortels. Bij aanhoudende bodemverzilting loopt het zoutreservoir in de vacuole van gekweekte planten echter vol en brengt dan ook de zouttolerantie in het blad tot het uiterste.

Het beter begrijpen van de zouttoxiciteitsmechanismen in bladeren zou kunnen helpen bij het ontwikkelen van nieuwe strategieën voor het produceren van zouttolerante gewassen. Hiertoe wil het onderzoeksteam van Würzburg met behulp van lichtgestuurde ionentransporteiwitten, zogenaamde optogenetische hulpmiddelen, specifiek de ionverhoudingen van natrium, chloride, protonen en calcium in de cel veranderen en zo de zouttransportmechanismen verder ontcijferen en signaalroutes betrokken. + Verder verkennen

Video:Waarom verandert zout de smaak van alles?