Kann eine optimierte Kaliumdüngung zur Salzstresstoleranz beitragen?

Salz (NaCl) beeinträchtigt mehr als 20 % der bewässerten Flächen der Welt und verursacht enorme wirtschaftliche Verluste, da die Produktion von landwirtschaftlichen Erzeugnissen durch die zunehmende Versalzung eingeschränkt wird. Die Versalzung des Bodens ist ein bedeutendes globales Problem, das die Entwicklung von Pflanzen durch Ionentoxizität und Nährstoffungleichgewicht beeinträchtigt. In Pflanzen löst Salzstress zwei aufeinanderfolgende Reaktionen aus. Zunächst kommt es zu einem schnellen osmotischen Schock, der den relativen Wassergehalt, das Wasserpotenzial der Blätter, die stomatäre Leitfähigkeit und das Turgorpotenzial verringert. Nach dieser ersten Phase wird eine Phase der Ionenhomöostase induziert, in der die Salztoxizität ausgelöst und die Seneszenz reifer Blätter beschleunigt wird.

Salzstress wird durch hohe Konzentrationen von Natrium (Na⁺) und Chlor (Cl^-) im Boden induziert. Ein Überschuss an Na⁺- und Cl^--Ionen konkurriert mit anderen Nährelementen und kann zu einer reduzierten Nährstoffaufnahme und -translokation, und damit zu Ungleichgewichten im Nährstoffhaushalt führen. Insbesondere Kalium (K⁺) ist aufgrund der ähnlichen chemischen Eigenschaften wie Na⁺, beispielsweise beim Ionenradius und der Hydratationsenergie, anfällig für diese Konkurrenz. Anders als Na⁺ ist K⁺ ein essentieller Pflanzennährstoff und wird für die Enzymaktivität, den Energietransfer, die Proteinsynthese, die Osmoregulation, die Bewegung der Stomata, den Phloemtransport, das Anionen-Kationen-Gleichgewicht und die Stressresistenz benötigt. K⁺ ist besonders wichtig als anorganisches osmotisches Element in Pflanzenzellen, und daher ist eine ausreichende K⁺-Versorgung entscheidend für die Regulierung von turgorgesteuerten Prozessen wie der Stomatabewegung und der Zellstreckung. 

Die Wechselwirkung zwischen Na⁺ und K⁺ kann negative Auswirkungen auf die K⁺-Aufnahme haben, welche durch passive und aktive Transportsysteme reguliert wird. K⁺ wird durch den transpirationsgetriebenen Wasserfluss im Xylem von den Wurzeln in den Spross transportiert. Bei Salzstress ist dieser Fluss beeinträchtigt. Es kommt zur Störung der K⁺-Homöostase, die für die Salzstresstoleranz wesentlich ist. Für ein optimales Pflanzenwachstum muss die Na⁺-Aufnahme reduziert und die K⁺-Aufnahme erhöht werden, da ein höheres K⁺/Na⁺-Verhältnis die Salzstresstoleranz der Pflanzen begünstigt.

Das Ziel dieses Projekts ist es, Einblicke in die Bedeutung von K⁺ für die Milderung von Salzstress zu gewinnen und die Reaktion von Pflanzen auf den Salzgehalt unter Verwendung verschiedener K⁺-Versorgungsgrade zu untersuchen.