Rettung durch Klone! – Einen Einführung in die vegetative Vermehrung bei Pflanzen
Mehrjährige Pflanzen haben die Fähigkeit, vegetatives Wachstum auch nach der Blüte zu betreiben und so für viele Jahre weiterzuleben. Vegetative Reproduktion ist ein Merkmal am häufigsten bei mehrjährigen Arten vorkommt. Es ermöglicht die Bildung einer vollständigen neuen Pflanze aus einem vegetativen Organ wie dem Stamm, der Wurzel oder dem Blatt. So bietet es eine Alternative zur Steigerung des reproduktiven Erfolgs nach einer Verletzung oder in rauen Umgebungen, wenn Samenproduktion keinen sicheren Erfolg verspricht. Kleine krautige Staudenpflanzen können sich durch spezialisierte Strukturen aktiv klonen (siehe ausführlich Darstellung in der Abbildung).
In der Pflanzenzüchtungsindustrie wird die vegetative Vermehrung verwendet, um eine schnelle Fixierung von Elitegenotypen zu erreichen und die lange Phase des juvenilen Wachstums bei mehrjährigen Pflanzen zu umgehen. Die Produktion von Adventivwurzeln aus Sprossachsen-Teilen ist eine der Möglichkeiten, die Hauptpflanze klonal zu vermehren. Allerdings sind die molekularen Mechanismen der Bildung von Adventivwurzeln bisher noch nicht verstanden.
Innerhalb von CEPLAS wollen wir die Regulierung molekularer Mechanismen verstehen, die zu Bildung von Adventivwurzeln in der Modellpflanze Arabis alpina (dt. Alpen-Gänsekresse) führen. A. alpina ist eine alpine mehrjährige krautige Pflanze. Obwohl sie sich sexuell durch Samen fortpflanzt, kann sie sich auch klonal vermehren, indem sie Adventivwurzeln an Kriechsprossen bildet. Daher ist A. alpina ein hervorragendes Modell, um die adaptive Bedeutung der Adventivwurzeln während des klonalen Wachstums in mehrjährigen Pflanzen zu verstehen.
Abbildungbeschreibung
Vegetative Vermehrung bei Pflanzen
In der Abbildung sind häufig vorkommende Arten der vegetativen Vermehrung (obere Hälfte) und darauf beruhende Techniken, die die vegetative Vermehrung in Pflanzen in der Landwirtschaft ausnutzen (untere Hälfte) dargestellt. Eine Pflanze und ihre oberirdischen Teile sind in der Mitte der oberen Hälfte dargestellt, die Pflanzenwurzeln erstrecken sich in die untere Hälfte. Die Vermehrungsmethoden werden durch gepunktete Linien in Abschnitte getrennt. Die Methoden werden mit bekannten Pflanzen-Beispielen erläutert. Erde ist jeweils braun dargestellt. Gebogene Pfeile stehen für die Transplantation der jeweiligen Pflanzenteile in die Erde. Die weißen Pfeile zeigen Zeitverläufe an. Schnitte werden als rote Linien dargestellt. Pflänzchen werden als Kotyledonen auf Hypokotyl dargestellt.
Natürliche vegetative Vermehrung
Im Küstenmammutbaum (Sequoia sempervirens) entstehen Adventivknospen, wenn der Stamm dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Diese Knospen können sich zu Pflänzchen entwickeln und allmählich ausreifen. Bryophyllum daigremontianum produziert Pflänzchen am Rande der Blätter. Diese Pflänzchen fallen zu Boden, wenn sie an Größe zugenommen haben und entwickeln sich dann zu neuen Pflanzen. Die Kriechsprosse von Arabis alpina produzieren Adventivwurzeln an den diesen Sprossen. Ein Kriechspross, der von der Mutterpflanze getrennt wird, wächst mit den Adventivwurzeln als eigene Pflanze weiter. Erdbeeren entwickeln horizontale Sprosse, die in der Nähe des Bodens wachsen und Adventivknospen zu produzieren. Rhizome sind eine vegetative Verbreitungsmethode bei Ingwer. Rhizome sind horizontale unterirdische Sprosse und können ebenfalls Adventivknospen produzieren.
Künstliche vegetative Vermehrung
Sprosse der Pappel können in viele Stücke geschnitten werden und diese sogenannten Stamm-Stecklinge haben die Fähigkeit, Wurzeln und Adventivknospen zu produzieren aus denen wieder ganze Pappeln erwachsen. Bryophyllum-Pflanzen können unter Verwendung der Pflänzchen vermehrt werden, die am Blattrand gebildet werden. Luft-Absenker-Bildung ist eine Technik, die auf der natürlich vorkommenden Absenker-Bildung in Arabis alpina basiert. Hier werden die Adventivwurzeln künstlich erzeugt, um Klone zu bilden. Dazu werden Sprossteile mit nasser Erde oder einem Tuch umwickelt und mit Plastikfolie eingeschlossen, um die Feuchtigkeit und Nährstoffe zu speichern. Nach der Wurzelbildung können diese Sprossteile separiert werden und erwachsen zu selbstständigen Pflanzen. Zwiebeln und Orchideen produzieren Zwiebeln, auch Bulben genannt. Bulben sind modifizierte Sprosse mit fleischigen Blättern und können ebenfalls neue Pflanzen bilden. Auch Pfropfung kann für die vegetative Vermehrung verwendet werden. Beim Pfropfen werden Pflanzenteile mit gewünschten Merkmalen zusammengefügt und so reifen gelassen. Ein bekanntes Beispiel dafür ist Säulenobst.
Priyanka Mishra, Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung Köln. Übersetzung von Meike Hüdig, Institut für Molekulare Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen, Heinrich-Heine-Universität
Planter’s Punch
Unter der Rubrik Planter’s Punch wird jeden Monat ein bestimmter Aspekt des CEPLAS Forschungsprogramms vorgestellt. Alle Beiträge werden von Mitgliedern der Graduiertenschule und des Postdoc Programms erstellt.
Zugehörige Publikation
Wang R., Farrona S., Vincent C., Joecker A., Schoof H., Turck F., Alonso-Blanco C., Coupland G. and Albani M. C. (2009) PEP1 regulates perennial flowering in Arabis alpina. Nature 459: 7245: 423-427. [Abstract]