Forbehandling af jord med ethanol beskytter planter mod tørke

Ethanol kan hjælpe planter med at overleve i tørketider, siger en ny undersøgelse udført på RIKEN Center for Sustainable Resource Science i Japan. Anført af Motoaki Seki viser forskere, at tilsætning af ethanol til jorden gør det muligt for planter, herunder ris og hvede, at trives efter to uger uden vand. Da ethanol er sikkert, billigt og bredt tilgængeligt, tilbyder denne opdagelse en praktisk måde at øge fødevareproduktionen over hele verden, når der er knaphed på vand, uden behov for dyr, tidskrævende og til tider kontroversiel produktion af genetisk modificerede planter. Undersøgelsen blev offentliggjort den 25. august i Plant and Cell Physiology .

Den overskuelige fremtid inkluderer en støt stigende befolkning og klimaforandringer-inducerede stigninger i vandmangel, to forhold, der uundgåeligt vil føre til fødevaremangel, medmindre der bliver gjort noget. En mulighed er at finde en måde at forhindre planter i at dø, når de ikke har adgang til vand. At genmodificere planter, så deres stomata - porerne i deres blade - forbliver lukkede, har været noget effektivt, fordi det forhindrer vand i at forlade planterne. At lave genetisk modificerede planter er dog dyrt og tidskrævende, og lande med det største behov har måske ikke lige adgang til disse modificerede afgrøder.

Seki og hans team har arbejdet på en anden tilgang. Da de vidste, at planter producerer ethanol, når de bliver berøvet vand, ræsonnerede de, at at give det til planter ville beskytte dem mod fremtidig tørke. For at teste denne hypotese dyrkede de planter i omkring to uger med rigeligt vand. Derefter forbehandlede de jorden med ethanol i tre dage, efterfulgt af vandmangel i to uger. Omkring 75 % af de ethanolbehandlede hvede- og risplanter overlevede efter genvanding, mens mindre end 5 % af de ubehandlede planter overlevede.

Efter at have vist, at ethanol kan beskytte disse to vigtige afgrøder mod tørke, satte de sig derefter for at forklare hvorfor ved at fokusere på modelplanten Arabidopsis. Først så de på bladene. De fandt ud af, at kort efter at ethanolbehandlede Arabidopsis-planter blev berøvet vand, lukkede deres stomata sig, og bladtemperaturen steg. Efter 11 og 12 dages vandmangel havde disse planter tilbageholdt mere vand i deres blade end de ubehandlede planter.

Derefter analyserede forskerne genekspression før og under vandmangel og radiomærkede ethanolen før forbehandling. Dette gav dem mulighed for at se, hvilke processer der blev aktiveret under tørke, og hvad der skete med ethanolen, efter at den blev optaget af planterødderne. Allerede før vandet blev frataget, begyndte de ethanol-behandlede planter at udtrykke gener, der normalt udtrykkes under vandmangel. Derudover lavede de ethanol-behandlede planter sukker fra ethanolen og lavede fotosyntese omkring samme tid, som vandindholdet faldt i ubehandlede blade.

Seki siger, at behandling af jorden med ethanol afbøder tørke på flere fronter. For det første udtrykkes tørkerelaterede gener, allerede før der mangler vand, hvilket giver planterne et forspring i forberedelsen. Derefter lukkes stomata, så bladene kan holde på mere vand. Samtidig bruges noget af ethanolen til at lave en række sukkerarter, som giver tiltrængt energi, som normalt er svær at få med lukkede stomata.

"Vi finder ud af, at behandling af almindelige afgrøder som hvede og ris med eksogen ethanol kan øge afgrødeproduktionen under tørken. Som i Arabidopsis er dette sandsynligvis via ændringer i de metabolomiske og transkriptomiske profiler, der regulerer tørke-stress-responsen," siger Seki. "Dette giver os en billig og nem måde at øge afgrødeudbyttet, selv når vandet er begrænset, uden behov for genetisk modifikation." + Udforsk yderligere

Tørke ændrer risrodsmikrobiom