A6 Wachstumsveränderungen und Morphogenese

Thema

Pflanzenwachstum und Morphogenese hängen unter normalen Bedingungen von zwei Parametergruppen ab, die zusammenwirken: Zum einen von der Biomasseverteilung in den verschiedenen Organen der Pflanze, bestimmt durch ihre Allometrie und die spezifische Blattfläche; zum anderen von der Zellwachstumsrate im Gewebe, bestimmt durch Zellstreckung, meristematische Teilung und die von der Pflanze akkumulierte Wärmesumme (gemessen in Wachstumsgradtagen). Bei Umweltstress, Nährstoffmangel, Hormonstörungen oder Pathogenbefall können beide Parametergruppen von ihren Normalwerten abweichen. Diese Abweichung führt später zu einem quantifizierbaren, abnormalen Phänotyp.

Umweltstress, Nährstoffmangel, Hormonstörungen oder Pathogene bewirken eine Abweichung der Biomasseverteilung in den Pflanzenorganen vom Normalwert: Die Pflanze verteilt einen anderen Anteil ihrer Biomasse auf Wurzel, Stängel oder Blätter als unter normalen Bedingungen. Diese Abweichung in der Biomasseverteilung beeinflusst die Allometrie der Pflanze, wodurch die normalen Proportionen zwischen ihren Organen nicht mehr aufrechterhalten werden, sowie die spezifische Blattfläche, die vom Normalwert abweicht, da die Pflanze als Reaktion auf dieselbe Ursache die Dicke oder Dichte ihres Blattgewebes anpasst.

Dieselbe Ursache – Umweltstress, Nährstoffmangel, hormonelle Ungleichgewichte oder Krankheitserreger – führt auch zu Abweichungen der Zellwachstumsrate der Pflanze vom Normalwert: Die Zellstreckung verlangsamt oder beschleunigt sich im Vergleich zur Normalrate, die meristematische Teilung verzögert oder beschleunigt sich, und die thermische Zeit, die die Pflanze benötigt, um in Wachstumsgradtagen die einzelnen Entwicklungsstadien zu erreichen, entspricht nicht mehr der tatsächlich verstrichenen Kalenderzeit.

Von den vier Ursachen spielen hormonelle Ungleichgewichte eine besonders entscheidende Rolle, da Pflanzenhormone gleichzeitig die Biomasseverteilung auf die Organe und die Zellwachstumsrate regulieren: Hormonelle Ungleichgewichte beeinflussen direkt sowohl die Biomasseverteilung als auch die Zellstreckung und die meristematische Teilung. Wenn also Umweltstress, Nährstoffmangel oder Krankheitserreger hormonelle Ungleichgewichte auslösen, wird ein erheblicher Teil der Auswirkungen dieser Faktoren auf die Biomasseverteilung und die Zellwachstumsrate genau durch diese hormonellen Ungleichgewichte vermittelt.

Wenn die Biomasseverteilung und die Zellwachstumsrate ausreichend von ihren Normalwerten abweichen, äußern sich Wachstum und Morphogenese der Pflanze schließlich in einem quantifizierbaren abnormalen Phänotyp: einer reduzierten relativen Wachstumsrate, einem gegenüber dem Normalwert veränderten Verhältnis zwischen Wurzel- und oberirdischer Biomasse, Zwergwuchs bei zu verlangsamter Zellstreckung, Lagerung, wenn der Stamm im Verhältnis zur zu tragenden Biomasse zu hoch oder zu schwach wächst, oder einer nicht übereinstimmenden Phänologie, wenn die akkumulierte thermische Zeit in Gradtagen des Wachstums nicht mehr den Entwicklungsstadien entspricht, die die Pflanze in der verstrichenen Kalenderzeit erreichen sollte.

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