Back to chapter

36.5:

Reacties op droogte en overstromingen

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Responses to Drought and Flooding

Languages

Share

Onvoldoende of overmatig water is een serieuze bedreiging voor planten. Normaal verdampt het meeste water dat de plant opneemt door de bladeren en andere delen van de plant, een proces genaamd transpiratie. Droogtestress zorgt dat planten verwelken, omdat het water dat door transpiratie wordt verloren meer is dan het water dat uit de bodem wordt opgenomen. Planten reageren op droogtestress door abscisinezuur aan te maken en dit in de bladeren vrij te geven; dit hormoon houdt stomata dicht ter voorkoming van waterverlies door transpiratie. Bij waterschaarste vouwen de verwelkte bladeren van grassen zich tot buisachtige structuren; dit vermindert waterverlies doordat een kleiner bladoppervlak wordt blootgesteld aan droge lucht. Andere planten laten bij droogte hun bladeren vallen om water te conserveren. Maar de waterbehoudende strategieën van bladeren verminderen ook de fotosynthese. Sommige planten reageren op chemische signalen vrijgegeven door naastliggende planten die droogte ondervinden door zich te primen voor een krachtigere respons op de komende droogte. Maar te veel water kan een plant verstikken door de luchtruimtes in de bodem te verkleinen en de zuurstof te beperken die nodig is voor celademhaling. Sommige planten hebben structurele aanpassingen die hen laten overleven in zeer natte habitats. Zo hebben veel mangrovesoorten gespecialiseerde luchtwortels genaamd ademwortels die helpen zuurstof te verkrijgen. In een met water doortrokken bodem krijgen planten zonder dit soort aanpassingen niet voldoende zuurstof, waardoor sommige cellen in de wortelcortex doodgaan; dit proces leidt tot lucht- slangetjes, die zuurstof geven aan de doordrenkte wortels. Diepwaterrijst is een unieke variëteit van rijst die bij overstromingen hoger wordt en zijn bladeren boven het stijgende water houdt. Onder water bouwt de rijstplant het planthormoon ethyleen op, waardoor meer hormonen genaamd gibberellines gemaakt worden. Gibberellines stimuleren de verticale groei van de plant. Landbouwers moeten dit soort stressbestendige gewassen ontwikkelen om aan de vraag te voldoen bij klimaatverandering en onvoorspelbare weersomstandigheden.

36.5:

Reacties op droogte en overstromingen

Water speelt een belangrijke rol in de levenscyclus van planten. Onvoldoende of teveel water kan echter schadelijk zijn en kan een ernstige bedreiging vormen voor planten.

Onder normale omstandigheden verdampt het door de plant opgenomen water uit bladeren en andere delen in een proces dat transpiratie wordt genoemd. In tijden van extreme droogte is het water dat door transpiratie verdampt veel groter dan het water dat uit de bodem wordt opgenomen, waardoor planten verwelken. Planten reageren op droogtestress door het hormoon abscisinezuur te synthetiseren dat de huidmondjes gesloten houdt en transpiratie vermindert. Bovendien kunnen planten reageren op extreem watergebrek door bladeren af te werpen. Deze methode vermindert echter de fotosynthese en belemmert daarom ook de groei van planten.

Het verminderen van droogtestress bij planten door microben

Droogtestress beperkt de groei en productiviteit van planten in droge en woestijnachtige gebieden. Bepaalde microben die in de buurt van planten aanwezig zijn, kunnen echter fysieke en chemische signalen afgeven die veranderingen teweegbrengen zodat planten zich in tijden van droogte kunnen beschermen. De bodembacterie Paenibacillus polymyx zou bijvoorbeeld droogtetolerantie induceren bij Arabidopsis. Het belangrijkste effect van deze bacterie werd waargenomen bij de groei van peulvruchten onder waterstress. Peulvruchten zijn afhankelijk van rhizobium in de grond voor stikstoffixatie, maar rhizobia zijn extreem gevoelig voor droogtestress, waardoor er zeer lage stikstoffixatie was. Een grond vermengd met P. polymyx resulteerde echter in verhoogde stikstoffixatie door rhizobium en bevorderede de groei van de bonenplant.

Overtollig water is even rampzalig voor planten als een gebrek aan water. Te veel water kan planten verstikken door luchtruimten in de bodem te verkleinen, waardoor de zuurstof die nodig is voor cellulaire ademhaling wordt beperkt. Bepaalde houtachtige plantensoorten reageren op overstromingen door hypertrofische groei te ontwikkelen dat eruit ziet als een zwelling van weefsels aan de stengelbasis. Deze hypertrofische groei kan de neerwaartse diffusie van zuurstof helpen en ventilatie van giftige verbindingen (koolstofdioxide, methaan en ethanol), die gevormd zijn door anaëroob metabolisme, mogelijk maken. Andere adaptieve reacties op overstromingsstress omvatten de vorming van onvoorziene wortels, toename van de wortelporositeit via gespecialiseerde cellen (aerenchymcellen) en een suberized exodermis om zuurstofverlies te voorkomen.

Suggested Reading

Basu, Supratim, Venkategowda Ramegowda, Anuj Kumar, and Andy Pereira. "Plant adaptation to drought stress." F1000Research 5 (2016). [Source]