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.