Beiträge zu Wirkungsgefüge und Systemantwort der Pflanzen und Pilze auf Stress: ausgewählte abiotische - natürliche und anthropogene - Stressoren
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Aachen
Shaker
1999
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| Edition: | Als Ms. gedr. |
| Series: | Berichte aus der Biologie
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| Physical Description: | XI, 212, III S. Ill., graph. Darst. |
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| adam_text | Titel: Beiträge zu Wirkungsgefüge und Systemantwort der Pflanzen und Pilze auf Stress
Autor: Hoque, Enamul
Jahr: 1999
INHALT m
I. EINLEITUNG 1
II. SYSTEMANTWORTKONZEPT ALS ARBEITSHYPOTHESE 4
1 Pflanzen und Pilze als Systeme 4
1.1 Systemeigenschaften 4
1.2 Die pflanzliche und pilzlichc Zelle als ein offenes System 5
1.2.1 Zelluläres System 5
1.2.1.1 Biophysikalisches System 6
1.2.1.1.1 Dissipatives Struktursystem 6
1.2.1.2 Biochemisches System 7
1.2.1.2.1 Membran-, Enzym-und Gensystem 7
1.2.1.2.2 Wachstumsregulatorsystem 10
1.2.1.3 Kompartimentieningssystem 14
13 Gewebesystem IS
1.4 Organsystem 15
1.5 interaktives Gradientsystem 16
2 Systemregoiation der Pflanzen 18
2.1 Signalübermittlung zwischen Zellen, Geweben und Organen lg
2.2 Wachstums- und Diflszenzierungsregulation des pfl?1 ^*^ Systems 19
2.2.1 Regulation der anatomischen Schutzbarriere im pflanzlichen System 20
2.2.2 Verflechtung zwischen Wuchsstoff und Morphologie 20
3 Enttrftungsprozess* des pSanzScbea aad pAtüchea Systems 22
4 FragesteUuat 25
4.1 Untersuchungen zu Wirkungsgefuge und Systemantwort der Pflanzen auf Streß 25
4.2 Untersuchungen zu Wirkungsgeruge und Systemantwort der Pilze auf Strefl 26
HL MATERIAL UND METHODEN 28
1 Gcrite und CV nrik iHmi 28
2 Pflanz»-md Pünaterül 33
2.1 PfJanzbchesZeUkutturmaterial 34
2.2 pfl^nT^nypnhfnmTgteiyi^mpii 35
2.3 Pilzstämme, PuzkuJtrvienmg und -inkubation 35
3 OrgWKk* BestaodtcileiaderLaft-Koaipowtfenderlui^iieusStnssorai 35
4 StreBvcnocae 3«
4.1 Dürrestreß - Wazenblattzellwinde 36
4.Z UuirestFC» * aloniaBionniiagigrafficnr Da gannsn wetzBoposnatco 37
4.3 AbscisoBÄurc(ABAVWazaiWaö2dhv^ 38
INHALT _________________________________________________________________________IV
4.4 ButyHertes Hydroxytoluol (BHT Weizenpflanzen 38
4.5 Chlorcholinchlorid (CCC) und 3,4-Dichloranilin (DCA)- WeizenzeUkutairen 38
4.6 Langzeit-niedrigdosiertes Ozon und Säurenebel - Fichtenschließzellenkomplexe 39
4.7 UV-Streß bzw. komplexe Stressoren - Fichtenepidennen-UV-Lichtabschirmungs-
mechanismen 40
4.8 3,4-Dichloranilin- Weißfäule-Pilz, P. chrysosporium 40
4.9 N-(3,4-dichloiphenyl)-succinaniid (DCASA)- Weißßule-Pilz, P. chrysosporium 44
5 Chromatographie 45
6 Analytik der Wuchsstoffe 45
6.1 Abscisinsäure, Abscisinsäuremethylester, Abscisinsäure-Konjugat und Inhibitoren 45
6.2 Gibbereiline 46
7 UV-LichUbschirmungssubst»nzen der Fichtenepidennen 46
8 Zellfreie in vüro-Enzymsysteroe (Entgiftungsphase MII Reaktionen) 47
9 Chemische Synthesen 49
9.1 Synthese von ABA- und Gibberellinsaure 3 (GA3)-ghicoseester 49
9.2 Synthese von 3,4-DichloranUin-Konjugaten 49
10 Enzymanalytik 52
10.1 Enzymanalytik bei P. chrysosporium 52
10.1.1 Prateingehahbesümmung 52
10.1.2 Isolierung von Enzymen aus P. chrysosporium-Myzelien 52
10.1.3 Messung der Enzymaktivität 53
10.2 Histochemische Enzymbestiinniung 54
11 Derivitisierung und Hydrolyse 55
12 Spektroskopische Methoden 56
12.1 UV-Spektroskopie 56
12.2 Infrarotspektroskopie 56
12.3 Massenspektrometne 56
12.4 NMR-Spektroskopie 58
12 5 Refiexioosspektroskopic, Cytophotometriscbe Rcflexionsmessung und
Fluoreszenzspektroskopie 58
13 Mikroskopie bihI Mikroskopische Badan«lyKn 59
14 MuWspektraJe Bfld»n»Jy»en 60
IV. ERGEBNISSE 61
I WirkungsgefaseimdSysteraantwortderPfUninaBfStreS 61
II Antwort des zdlfreien in vitro Enzymsysttais in Gegenwart von Stressoren 61
INHALT_______________________________________________________________________________V
1.2 Antwort auf Lichtreiz bzw. Lichtstreß 64
1.2.1 Detour- und Sieve-Effekte bei der Reflexionsantwort der Parenchymgewebe: Rolle
des Zellkompartiments „Chloroplast 64
1.2.2 Chlorophyilfiuoreszenzantwort der Chloroplasten: Kautsky-Kurve als integrierte
Systemantwort der Chloroplasten 65
1.2.3 Laterale Reflexionslichtgradientantwort der Blattgewebe 66
1.2.4 Paradermale Reflexionsantwort der Buchenblattgewebe bzw. -blätter (Fagus
syb/atica L) in Abhängigkeit von der Blattmorphologie 68
1.2.5 Chlorophylliluoreszenzgradientantwort des Blattorgans 69
1.2.6 3D-ChlorophyUfluoreszenzantwort des Blattes auf Blau- oder UV-Lichtreiz: Pflanzen-
artenerkermung bzw. Phytodiagnostik mittels 3D-ChlorophyUfluoreszenzskelettbUd 70
13 Lichtschutzantwort der Pflanzen auf Lichtstreß 70
1.3.1 Lichtschutz durch Anordnung melaninhaltiger und reflektierender Zellen in der
Epidermis bzw. Hypodennis 70
1.3.2 Lichtreflexion und Fluoreszenz bei UV-Anregung 74
1.3.3 UV-Lichtabschirmung („Sun screen ) durch Schutzsubstanzen in der Epidermis und
im Mesophyll der Fichtennadel 77
1.4 Antwort auf Dürrestreß 82
1.4.1 Antwort des Zellkompartiments „ZeUwand , der Zellen/Gewebe bzw. Blattorgane 87
1.4.1.1 inattivieniDg von Abscismsäure in der Zellwand 87
1.4.2 p-Hydroxyacetophenon und p-Hydroxyacetophenon 4-O-ß-D-glucopyranosid im
Fichtenmartneborgan 88
1.4.3 Antwort des ganzen Systems (Sproß-Wurzel-System) 92
1.4.3.1 p-Hydroxyacetophenon und p-Hydroxyacetophenon 4-O-6-D-glucopyranosid
in den Jungfichten 92
1.4.3.2 Antwort des Stomataöflhungsgradienten der Weizenpflanzen 92
1.5 Antwort auf Wacristumshemmstoff-Stressoren 93
1.5.1 Antwort der Blätter und des Epicotyls 93
1.5.2 Antwort der ganzen Pflanzen auf die Stressoren p-HAP, Fettsäure und BHT 93
1.6 Antwort auf kombinierten Streß 97
1.6.1 fTilnmplqrilftin«««?«roiml«n«t dw rhlnmpta«tpn auf Atrarm tmd RUiilirhtn-17 9g
1.6.2 Photooxjdation der Blattpigmente von Maitrieborganen ab Antwort auf p4IAP
und UV-Licht 99
1.6.3 Antwort der WozenzeUen auf CCC berat Einbau von DCAin die Zellwinde 99
1.6.4
IMHALT________________________________________________________________________ VI
und Säurenebel 101
1.6.4.1 Stomataööhungsweiten und Stomatamorphologie 101
1.6.4.2 Enzymantwort des Schließzellenkomplexes 102
1.6.4.2.1 Antwort der sauren Phosphatase-Aktivität des Schließzellenkomplexes auf
Seneszenz 102
1.6.4.2.2 Antwort der sauren Phosphatase-Aktivität des Schließzellenkomplexes auf Ozon
und Säurenebel 103
1.6.4.2.3 Antwort der Succinodehydrogenase-Aktivitat des Schließzellenkomplexes auf
Ozon und Säurenebel 106
1.6.4.3 Phenotypische Antwort der Fichtensproßorgane auf langzeit-niedrigdosiertes Ozon
und Säureoebel 107
1.7 Antwort auf komplexe Stressoren 107
1.7.1 Inaktivierung von p-Hydroxyacetophenon in der Zellwand vergilbter Nadeln
erkrankter Fichten 107
1.7.2 KompartJmentierungsverlust der Chloroplasten und Reflexionslichtgradient-
Veränderung 110
1.7.3 Wuchsstoffantwort der Fichtenorgane (Nadeln, Holz/Rinde, Maitrieb) 110
1.7.3.1 Hemmstoffe 110
1.7.3.1.1 Identifizierung und Charakterisierung der Hemmstoffe 110
1.7.3.1.2 Wuchsstofläntwort erkrankter Fichten 112
1.7.3.2 Wachstumsfördemde Gibberelline 115
1.7.4 Akkumulation von sublimierbaren Inhaltstoffen im Blattorgan als Antwort der
ganzen Systeme 1 IS
1.7.5 Lichtphänomena 117
1.7.5.1 Blauverschiebung der Reflexionsrotkante (MIP), und Blattfarbe 117
1.7.5.2 Chlorophyllfluoreszenzantwort des Fichtentriebs 119
2 Wirkungsgefuge und Systemantwort der Pilze anf Streß 119
2.1 Antwort des in vj/ro-Enzym-Systems 119
2.2 Antwort der Pilzhyphen/-myzelien bzw. des ganzens Systems 119
2.2.1 Antwort des WeißSule-Pilzes, Phanerochaete chrysosporium, auf künstliches
Xenobiotikum „DCASA : Arylacylamidase-Aküvitäi 119
2.2.2 Hemmstofiproduktion 120
2.2.3 Antwort der Pilzsysteme auf natürliches Xenobiotikum „p-HAP 121
2.2.4 Antwort des WcißSule-Pilzes, Phanerochaete chrysosporium, auf künstliches
XenobiotikiinijaCA 124
INHALT Vn
2.2.4.1 Isolierung und Identifizierung von Metaboliten 125
2.2.4.2 Sauerstofikatalysierte Kinetik der metabolischen Entgiftung 131
2.2.4.3 Systementgiitung durch Polymerisierung 133
V. DISKUSSION 140
1 Wirkungsgeffige und Systemantwort der Pflanzen «of Streß 140
1.1 Antwort des Enzymsystems auf Streß: Enzyme als Systemregulatoren 140
1.2 Antwort auf Lichtreiz bzw. Lichtstreß 141
1.2.1 Dctour- und Sieve-Eflekte: Mechanismen der Lichtgradiententstehung 141
1.2.2 Chlorophyllfluoreszcnz als Antwort der Chloroplasten 143
1.2.3 Lichtschutzantwort der ZeUkompartimente bzw. Zellen/Gewebe 144
1.2.3.1 Lichtreflexion (polarisiertes Licht, normales Licht) 144
1.2.3.2 UV-Lichtabschirmung 145
1.2.3.2.1 Antwort des Zellkompartiments,rZcllnand * 145
1.2.3.2.2 UV-Lichtabschirmung durch ZeUen/Gewebe 146
1.3 Antwort auf Dürrestreß 149
1.3.1 Antwort des Zellkompartiments ^ellwand 149
1.3.2 Antwort des ganzen Systems 150
1.3.2.1 Stoffwechsel 150
1.3.2.2 Stomataöffeungsgradient als Systemantwort 151
1.4 Antwort auf WachstumshemmstorT-Stressoren 151
1.4.1 Antwort des ganzen Systems (Sproß-Wurzei-System) 151
1.5 Antwort auf kombinierten Streß 152
1.5.1 Antwort des Zellkompartiments „Chloroplast auf Atrazm und Blaulichtreiz 132
1.5.2 Antwort des Schließzellenkomplexes auf langzeit-niedngdosiertes Ozon und
Säurencbel 154
1.5.3 Antwort der Weizenzellen auf CCC beim Einbau vonDCA in der Zellwand 156
16 Antwort auf komplexe Stressoren 157
1.6.1 Antwort der ZeUkompartimente 157
1.6.1.1 KcKijugationvonStreßrnetabolitenmrtderZdlwand 157
1.6.1.2 UV-B-Lichtschutzantwort 15g
1.6.1 Antwort des Organs 159
1.62.1 Wuchsstoffe als S -stemantwort 159
1.6.2.2 Reflexionsantwort des Blanorgans 161
1.6.2.3 Anreicherung von sub mierbaren Substanzen im Blattorgan als Antwort der
ganzen Systeme 162
INHALT
2 Wirkungsgefüge und Systemantwort der Pike auf Streß 162
2.1 Antwort des Enzymsystems: Enzyme als Systemregulatoren 162
2.2 Pflanzenhemmstoffe als chemische S -stemwaffen der besiedelnden Pilze 163
2.3 Systemantwort der Pilze auf Xenobiotika-Stressoren 164
2.3.1 Natürliches Xenobiotikum „p-HAP 164
2.3.2 Künstliches Xenobiotikum JKA : SystemeDtgiftung durchP. chrysosporium 165
2.3.2.1 Metabolismus und Mineralisierung 165
2.3.2.2 Systementgiftung durch PolymerisieruDg 170
2.3.3 Totale Systementgiftung von DCA und DCASA durch P. chrysosporium 171
3 Input/Outputmaträ-SystemantwortmodeU 171
VI. SCHLUSSFOLGERUNGEN 179
VII. ZUSAMMENFASSUNG 180
Vffl. LITERATURVERZEICHNIS 193
ANHANG
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