Pflanzenhormone

Pflanzenhormone

Hormone sind organische Moleküle, die auch in geringen Konzentrationen die Physiologie von Pflanzen und Tieren beeinflussen können. Eine wichtige Rolle spielen Hormone unter anderem beim Wachstum und bei der Blüte von Pflanzen. Dieser Artikel erklärt kurz und verständlich, wie Pflanzenhormone wirken und wie sie dafür sorgen, dass Pflanzen wachsen und blühen.

Hormone werden von allen Teilen der Pflanze produziert und durch die gesamte Pflanze transportiert. Vereinfacht ausgedrückt sind Hormone wie Signale, die in der gesamten Pflanze gesendet und empfangen werden können. Ein Blatt kann beispielsweise dem Ende des Stängels signalisieren, dass Blüten gebildet werden soll. Die bekanntesten Pflanzenhormone sind Auxine, Gibberelline, Cytokinine, Ethylen und Abscisine. Außerdem wurde nachgewiesen, dass Brassinosteroide, Salizylate und Jasmonate ähnlich wie Hormone funktionieren. Hormone können auch an Zucker oder Aminosäuren gebunden vorkommen. In dieser Form sind sie inaktiv und dienen als Speicher. Diese Hormone können beispielsweise unter dem Einfluss von Schwerkraft oder Licht wieder freigesetzt und erneut aktiv werden.

Auxin

articles-planthormones_text_1In den 1880er Jahren führten Charles Darwin und sein Sohn Francis Experimente durch, die schließlich die Existenz von Pflanzenhormonen bestätigten. Sie experimentierten mit Hafer und dem Einfluss von Licht auf die Wuchsrichtung. Diese Experimente zeigten die Rolle von Auxin. Auxin ist ein Hormon, das in den Triebspitzen sowie in den Wurzeln gebildet wird. Es beeinflusst unter anderem die Wasseraufnahme, die Zellteilung und die Zellstreckung (es macht die Zellwände weich). Da Auxin die Wurzelbildung an Stängeln fördert, wird es in verschiedenen Formen in Wurzelhormonen verwendet.

Bei CANNA wurden Experimente durchgeführt, die gezeigt haben, dass der Effekt von Auxin abhängig von Konzentration und Verabreichungsform ist. Diese können sich wiederum von Pflanzenart zu Pflanzenart unterscheiden. Bei geringer Konzentration wird die Blütenbildung leicht gefördert und die Reifung dauert länger. Eine hohe Konzentration kann eine wachstumshemmende Wirkung haben und zu Missbildungen und tumorähnlichen Symptomen führen.

Das in den Triebspitzen produzierte Auxin kann die Entwicklung von Seitentrieben hemmen. Dieses Phänomen bezeichnet man als Apikaldominanz. Wenn die Haupttriebspitze entfernt wird, hört auch diese hemmende Wirkung auf und die Entwicklung von Seitentrieben wird möglich. In vielen Fällen führt das zu breiteren, buschigeren Pflanzen. Wenn Sie nur wenige Pflanzen pro Quadratmeter haben, kann es sich lohnen, die Spitzen zu entfernen, damit das Licht besser genutzt werden kann. Sie müssen die Triebspitzen dann regelmäßig entfernen, um eine kräftige Mutterpflanze mit vielen Seitentrieben zu bekommen.

Gibberellin

articles-planthormones_text_2Gibberellin wurde erstmals 1935 in Japan von Yabuta isoliert. Gibberellin wurde aus einem Pilz gewonnen, der die Produktivität der japanischen Reisbauern über viele Jahrhunderte hinweg beeinträchtigt hat. Anfangs förderte das Gibberellin das Wachstum, später aber führte es zu sterilen Früchten.

Insgesamt fördern Gibberelline Zellstreckung und Zellteilung und wirken damit wachstumsbeschleu-nigend. Sie sorgen dafür, dass Saatgut keimt und sich bei Pflanzen, die auf lange Tage angewiesen sind, Blüten bilden. Gibbellerin wird häufig im Obstbau eingesetzt, um Birnen und Äpfeln zur vollen Reife zu verhelfen.

Wenn Gibbellerin Kurztag-Pflanzen verabreicht wird, erzielt man auch mit niedrigen Konzentrationen sehr schnell deutliche Ergebnisse. Übrigens sind die meisten Herbstblüher Kurztag-Pflanzen. Die Pflanzen färben sich hellgrün. Aufgrund des schnellen Wachstums reißen die Stängel auf (Bild 1). Bis zu 10 cm am Tag kann eine solche Pflanze wachsen! Eine Gibbelleringabe während der vegetativen Phase führt zu einer späteren und langsameren Blütephase.

Bei Kurztag-Pflanzen ist die Wirkung von Gibbellerin mit der von Testosteron beim Menschen vergleichbar. Es stimuliert die Bildung typisch männlicher Organe und größerer Pflanzen, längerer Internodien und männlicher Blüten bei diözischen Pflanzen. Wenn die Pollen dieser Blüten weibliche Blüten befruchten, wachsen aus den neuen Samen immer weibliche Pflanzen.

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Bild 1: Wegen zu schnellen Wachstums nach der Verabreichung von Gibberellin ist der Stängel aufgerissen.

Auch bestimmte Umwelteinflüsse können dazu führen, dass eine Pflanze zusätzliches Gibbellerin produziert. Unter schlechten Lichtbedingungen bilden Pflanzen mehr Gibbellerin, wodurch sie sehr lang und dünn werden.

Cytokinin

articles-planthormones_text_3Die Wirkung von Cytokinin wurde erstmals 1913 nachgewiesen. 30 Jahre später wurde entdeckt, dass eine in Kokosmilch enthaltene natürliche Substanz in der Lage ist, Pflanzenzellen bei der Vermehrung zu unterstützen. Das dafür verantwortliche Hormon heißt Cytokinin.

Cytokinin ist als das für die Zellteilung verantwortliche Hormon bekannt. Es regt den Stoffwechsel und die Bildung von Blüten an Seitentrieben an. Somit ist es das Gegenstück zu Auxin. Die höchste Konzentration von Cytokinin findet man in den jüngsten Pflanzenteilen - in Samen, Früchten, jungen Blättern und Wurzelspitzen. Eine hohe Konzentration von Cytokinin in Organen oder Gewebe stimuliert den Transport von Zuckern zu eben diesen Organen oder Geweben. Das Verabreichen von Cytokinin führt zu größeren Blattoberflächen und zu einer schnelleren Blütenbildung. Das Ende der Blütephase ist jedoch mit dem von unbehandelten Pflanzen vergleichbar. Cytokinin kann in dieser Hinsicht als Gegenstück zu Gibbellerin gesehen werden, weil es die Bildung von weiblichen Blüten an männlichen Pflanzen stimuliert.

Ethylen

articles-planthormones_text_5Die praktische Anwendung von Ethylen reicht bis in das alte Ägypten zurück, wo Feigen angeritzt wurden, um sie schneller reifen zu lassen. 1934 wurde dann entdeckt, dass Pflanzen selbst Ethylen produzieren und damit ihre Fruchtreifung regulieren können.

Ethylen ist aus molekularer Sicht das am wenigsten komplexe Pflanzenhormon und wird von allen Organen produziert. Es ist ein gasförmiges Hormon, das durch die Zwischenräume zwischen den Pflanzenzellen transportiert wird. Es ist für die Reifung der Früchte verantwortlich, hemmt das Wachstum in Längsrichtung und verursacht Blattabwurf.

Bei bestimmten Pflanzenarten wie Ananas, Mangos und Litschis stimuliert Ethylen die Blütenbildung. Das Verabreichen von Ethylen führt zu kleineren Pflanzen und einer kürzeren Blütephase. Die Blüten „reifen“ zu schnell und bleiben daher recht klein.
Weil Pflanzen sehr empfindlich auf Ethylen reagieren können, wird die Konzentration in Teilen pro Milliarde Teilchen Luft (ppb) ausgedrückt. Schon eine Konzentration von 10 ppb kann bei Tomaten zu Anomalien führen. Wenn reifende Blüten mit Jungpflanzen in Kontakt kommen, besteht die Gefahr einer beschleunigten Reifung der Jungpflanzen. Das produzierte Ethylen kann über die Luft zu den Jungpflanzen gelangen. Regelmäßiges Lüften (einmal täglich) entfernt das angesammelte Ethylen. Hohe Ethylenkonzentrationen lassen Blätter sofort vergilben.

Ethylen kann sich auch an den Wurzeln ansammeln, wenn diese zu lange nass sind. Das kann zu Blattchlorose, einer Verdickung des Stängels und Blattkrümmung zum Stängel hin sowie zu einer erhöhten Krankheitsanfälligkeit führen.
In Stresssituationen, wie Krankheiten oder Schäden an der Pflanze, produzieren Pflanzen mehr Ethylen, wodurch sie kleiner bleiben und die Blütephase schneller endet. Auch mechanischer Stress wie Luftbewegung kann Pflanzen dazu bringen, zusätzliches Ethylen zu produzieren. Das Ergebnis sind kleinere Pflanzen mit dickeren, stabileren Stängeln. Wenn Ventilatoren zu nahe an den Pflanzen aufgestellt werden, kann das zu Stress für die Pflanzen führen und sich negativ auf die Ernte auswirken.

Abscisin

articles-planthormones_text_4Abscisin wurde erstmals 1963 isoliert und der Name kommt vom lateinischen Wort „abscissio“, was so viel wie „Abbrechen“ bedeutet. Das kommt daher, weil die Forscher dachten, dass Abscisin für das Abbrechen (Abwerfen) der Blätter und Früchte verantwortlich sei. Später wurde jedoch bewiesen, dass Ethylen bei diesem Prozess eine wesentlich größere Rolle spielt.

Abscisine werden in den Chloroplasten älterer Blätter produziert und haben sowohl wachstumshemmende als stimulierende Eigenschaften (Proteinspeicherung ). Wenn es ein hohes Vorkommen von Abscisinen in den Wachstumspunkten von Stängel und Wurzeln gibt, stoppt die Zellteilung und die Pflanze tritt in eine Ruhephase ein.

Abscisin ist ein wichtiges Hormon in Stresssituationen. Es veranlasst die Schließung von Stomata, wenn es wegen anhaltend hoher Temperaturen, geringer Luftfeuchtigkeit und beispielsweise einem zu hohen EC-Wert im Versorgungsmedium zu Trocken- oder auch Wasserstress kommt.

Blütenbildung bei Kurztag-Pflanzen

Obwohl es umfassende Forschungsstudien zum Übergang von der Wachstums- zur Blütephase bei Pflanzen gibt, ist immer noch nicht völlig klar erwiesen, wie dieser Mechanismus genau funktioniert. Bei Kurztag-Pflanzen hängt die Bildung und Entwicklung der Blüten insbesondere von der Nachtlänge ab. Kurztag-Pflanzen fangen an zu blühen, wenn die Nacht länger als 12 Stunden dauert. Es ist jedoch wichtig, dass es während dieser Zeit wirklich dunkel ist, da die Pflanze nur auf die Dauer der Dunkelheit reagiert, nicht auf die Dauer des Lichts. Die Zeitspanne wird in den Blättern gemessen. Diese senden dann ein Signal an die Enden der Zweige, mit der Aufforderung, Blüten zu bilden. Das Hormon, das dieses Signal aussendet, heißt Florigen. Es ist also theoretisch möglich, beispielsweise Material von blühenden Pflanzen zu verwenden, um andere Pflanzen dazu zu bringen, auch bei 18 Lichtstunden zu blühen.

In der Phase nach dem ersten Wachstum der Blütenknospen spielen verschiedene Hormone wichtige Rollen. Cytokinin und Auxin spielen beispielsweise eine wichtige Rolle bei der weiteren Blütenbildung und dem Blütenwachstum, währen Abscisine und Ethylen wichtig für die Reifung sind.

Verwenden von Hormonpräparaten

Wenn Sie mit Pflanzenhormonpräparaten experimentieren möchten, müssen Sie sehr genau darauf achten, wann und wie viel Sie einsetzen. Das Ergebnis ist von unterschiedlichen Faktoren abhängig: Zeitpunkt der Verabreichung (welche Phase, welche Tageszeit), Art der Verabreichung (über die Blätter oder die Wurzeln) und Konzentration. Ein Beispiel: Wenn Auxin verabreicht werden soll, ist insbesondere die verwendete Konzentration ausschlaggebend. Eine geringe Konzentration führt zu Wurzelwachstum, während eine hohe Konzentration eine vermehrte Ethylenproduktion auslöst, was wiederum ein schnelleres Ende der Blütephase bewirkt.

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