The role of potassium in alleviating detrimental effects of abiotic stresses in plants

Weinheim

2005

S. 521-530

6 Abb., zahlr. Lit. Ang.

Artikel aus einer ZeitschriftUnselbständiges Werk

200125913

Pflanzen, die in ihrer Umwelt Stressfaktoren wie Trockenheit, Kälte, hoher Lichtintensität, Hitze oder Nährstofflimitierung ausgesetzt sind, leiden unter oxidativer Schädigung durch reaktive Sauerstoff-Spezies (ROS), z.B. Superoxiradikal , Wasserstoffperoxid (H2O2) und Hydroxyl-Radikal. Es ist bekannt, dass für die Beeinträchtigung zellulärer Funktionen und Wachstumsminderungen unter Stressbedingungen primär ROS verantwortlich sind. In Pflanzen werden ROS hauptsächlich beim photosynthetischen Elektronentransport und der Aktivierung von membrangebundenen NAD(P)H-Oxidasen gebildet. Es gibt zunehmend Hinweise, die vermuten lassen, dass eine Verbesserung des Kalium (K)-Versorgungszustandes der Pflanzen die ROS-Bildung durch eine Verminderung der Aktivitäten der NAD(P)H-Oxidasen und eine Aufrechterhaltung des photosynthetischen Elektronentransportes stark verringert. Kalium-Mangel verursacht eine starke Abnahme der photosynthetischen CO2-Fixierung und eine Beeinträchtigung der Verteilung und Nutzung von Photosynthaten. Solche Störungen führen zu einem Überschuss von bei der Photosynthese gebildeten Elektronen und dadurch zu einer Erhöhung der ROS-Bildung durch verstärkte Elektronenübertragung of O2. Kürzlich wurde gezeigt, dass die Kapazität der Wurzelzellen von Bohne zur Oxidation von NAD(P)H unter K-Mangelbedingungen deutlich erhöht ist. Die NADPH-Oxidation war bei K-Mangel-Pflanzen im Vergleich zu ausreichend mit K versorgten Pflanzen um bis zu einem Faktor 8 erhöht. Diese Ergebnisse deuten an, dass die Zunahme der ROS-Bildung bei dem photosynthetischen Elektronentransport und den Reaktionen NADPH-oxidierender Enzyme an der Membranschädigung und dem Chlorophyllabbau von K-Mangel-Pflanzen beteiligt sind. In guter Übereinstimmung mit dieser Vermutung war zunehmender K-Mangel mit erhöhter Aktivität von Enzymen verbunden, die an der Detoxifizierung von H2O2 (Ascorbat-Peroxidase) und am Verbrauch von H2O2 bei oxidativen Prozessen (Guaiacol-Peroxidase) beteiligt sind. Darüberhinaus sind K-Mangel-Pflanzen sehr lichtempfindlich und werden schnell chlorotisch und nekrotisch, wenn sie hohen Lichtintensitäten ausgesetzt werden. In Anbetracht dessen, dass die ROS-Bildung beim photosynthetischen Elektronentransport und durch NADPH-Oxidasen besonders hoch ist, wenn die Pflanzen Stressbedingungen in ihrer Umwelt ausgesetzt sind, scheint die Vermutung folgerichtig, dass eine Verbesserung des K-Versorgungszustandes von Pflanzen für deren Überleben bei ungünstigen Umweltbedingungen, wie Trockenheit, Kälte und hoher Lichtintensität, von großer Bedeutung ist. Es werden mehrere Beispiele gezeigt, welche die Rolle von K bei der Verminderung ungünstiger Auswirkungen von abiotischen Stressfaktoren auf die Pflanzenproduktion hervorheben.