Halle/Saale, Germany
November 26, 2009
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Roots of a White Lupin imaged with X-ray tomography. With the help of X-ray tomograhy, UFZ researchers demonstrated a drought-related shrinkage of plant roots and as a result the formation of an air gap between the roots and the surrounding soil.
Source: Dr. Ulrich Weller/UFZ |
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Plant roots can shrink as a result of water deficit and lose contact with the surrounding soil. This effect has been suspected for a long time, but has only now been demonstrated for a fact with the help of x-ray tomography. The formation of an air gap could initially help plants prevent impending water losses when the soil dries out, say scientists from the Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ) writing in the Vadose Zone Journal.
For their study, the researchers investigated roots of the White Lupin (Lupinus albus L.) in sandy soil for a month, examining changes to the soil-root interface as the soil dried out and was irrigated, using x-ray tomography. Their research uncovered air gaps that formed as a result of root shrinkage during dry periods. "These interactions between soil structure and biological activity make the soil-root interface a complex and dynamic biomaterial whose importance has just begun to be understood," explains Andrea Carminati of the UFZ.
After irrigation, the roots in the experiment swelled, partially refilling the air gaps, but contact in the older part of the taproot was not fully re-established. Does this mean that severe drought can permanently impair the contact between roots and the soil, thereby reducing a plant’s uptake of water and nutrients? Or can the plants re-establish the contact? These questions are of great significance for agriculture, in view of climate change and the drier summers that are expected in the north-east of Germany. This is why the soil researchers at the UFZ intend to continue with their x-ray investigations of plant root interactions.
Tilo Arnhold
Wenn Wurzeln den Kontakt verlieren
Erstmals Schrumpfungsprozesse durch Trockenheit an lebenden Wurzeln im Boden beobachtet
Pflanzenwurzeln können durch Trockenheit schrumpfen und dabei den Kontakt zum umgebenden Boden verlieren. Dieser Effekt wurde zwar schon lange vermutet, konnte aber erst jetzt mit Hilfe von Röntgencomputertomografie tatsächlich nachgewiesen werden. Die Bildung eines Luftspaltes könnte den Pflanzen zunächst helfen, drohende Wasserverluste zu verhindern, wenn der Boden austrocknet, schreiben Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) im Fachblatt Vadose Zone Journal.
Für ihre Studie hatten die Forscher Wurzeln der Weißen Lupine (Lupinus albus L.) in einem sandigen Boden untersucht und die Veränderungen an der Grenzfläche Boden-Wurzel bei Austrocknung und Wiederbewässerung einen Monat lang per Röntgencomputertomografie unter die Lupe genommen. Dabei zeigten sich Luftspalte, die bei Trockenheit durch das Schrumpfen der Wurzeln entstanden waren. "Diese Interaktionen zwischen der Bodenstruktur und den biologischen Aktivitäten machen die Schnittstelle zwischen Boden und Wurzeln zu einem komplexen, dynamischen Biomaterial, dessen Bedeutung erst langsam verstanden wird", erklärt Andrea Carminati vom UFZ.
Nach der Bewässerung schwollen die Wurzeln im Experiment wieder an und schlossen die Luftspalte teilweise wieder. Dennoch wurde der Kontakt im älteren Teil der Pfahlwurzeln nicht wieder vollständig hergestellt. Kann also starke Trockenheit den Kontakt der Wurzeln zum Boden dauerhaft schädigen und damit die Wasser- und Nährstoffaufnahme der Pflanzen behindern? Oder können die Pflanzen den Kontakt doch wiederherstellen? Fragen, die vor dem Hintergrund des Klimawandels und den im Nordosten Deutschlands erwarteten trockeneren Sommern große Bedeutung für die Landwirtschaft haben. Deshalb wollen die Bodenforscher vom UFZ die Interaktionen von Pflanzenwurzeln per Röntgengerät weiter untersuchen.
Tilo Arnhold
Mit seiner Expertise trägt das UFZ dazu bei, die Folgen des Klimawandels zu erforschen und Anpassungsstrategien zu entwickeln. Mehr dazu erfahren Sie in der Sonderausgabe des UFZ-Newsletters "In Sachen Klimawandel" unter www.ufz.de/index.php?de=10690.
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