Die Rolle apoplastischer Transportbarrieren bei der radikalen Wasser- und Ionenaufnahme in Maiswurzeln (Zea mays L.):
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| Veröffentlicht: |
Bayreuth
Bayreuther Inst. für Terrestrische Ökosystemforschung (BITÖK)
2001
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| Schriftenreihe: | Bayreuther Forum Ökologie
87 |
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| adam_text | Titel: Die Rolle apoplastischer Transportbarrieren bei der radialen Wasser- und Ionenaufnahme bei Maiswurze
Autor: Zimmermann, Hilde Monika
Jahr: 2001
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG_________________________.__..___..................___________________. 1
2 THEORIE...____________________.._________________________....__.....__....._____6
2.1 Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum........................................................................................6
2.2 Grandlagendes Wasser - und Teilchentransportes........................................................................8
2.2.1 Zwei-Kompartiment-Modell des Wasser- und Nährstoffflusses..............................................8
2.2.1.1 Wasser- und Stoffflüsse durch Wurzeln...........................................................................................II
2.2.1.1.1 Stationäre Wasser-und Teilchenflüsse bei Wurzeln.................................................................13
2.2.1.1.2 Verdünnungseffekte: Theorie von Fiscus (1975) und Dalton et al. (1975)...............................13
2.2.2 Transiente Flüsse..................................................................................................................16
2.2.2.1 Hydrostatische Druckrelaxationen von Zellen.................................................................................16
2.2.2.2 Druckrelaxationen in der Wurzel.....................................................................................................19
2.2.2.2.1 Hydrostatische Druckrelaxationen in der Wurzel......................................................................20
2.2.2.2.1.1 Exosmotische hydrostatische Relaxation............................................................................20
2.2.2.2.1.2 Endosmotische hydrostatische Relaxation..........................................................................21
2.2.2.2.2 Osmotische Druckrelaxationen in der Wurzel...........................................................................23
2.2.2.2.2.1 Exosmotische osmotische Relaxation.................................................................................23
2.2.2.2.2.2 Endosmotische osmotische Relaxation...............................................................................24
2.2.2.2.3 Transienter Stofffluss.................................................................................................................25
2.2.2.2.4 Wasserflüsse durch die Wurzel in Gegenwart permeierender Stoffe.........................................26
2.2.2.2.4.1 Exosmotische biphasische Druckrelaxation........................................................................27
2.2.2.2.4.2 Endosmotische biphasische Druckrelaxation......................................................................27
2.2.2.3 Ungerührte Schichten.......................................................................................................................28
2.2.3 Modelle des Wassertransportes in der Wurzel: apoplastische und zelluläre Barrieren......30
2.2.3.1 Zellulärer Transportweg...................................................................................................................32
2.2.3.2 Apoplastischer Transportweg...........................................................................................................33
2.3 tomposite Transport -Modell...................................................................................................34
2.4 Radiale und longitudinale Widerstände.......................................................................................35
3 MATERIAL UND METHODEN_____________________________________________37
3.1 Pflanzenmaterial und-anzucht.....................................................................................................37
3.1.1 Hydroponikanzucht...............................................................................................................39
3.1.2 Aeroponikanzucht.................................................................................................................40
3.2 Morphologische und anatomische Untersuchungen....................................................................40
3.2.1 Bestimmung der Wurzeloberflächen.....................................................................................40
3.2.2 Wurzelanatomie....................................................................................................................41
3.2.2.1 Ermittlung der Zelldimensionen......................................................................................................41
3.2.2.2 Färbung Casparyscher Streifen mit Berberinsulfat und Anilinblau.................................................42
3.2.2.3 Färbung von Suberinlamelien mit Sudan 7 B ( Fat Red )...............................................................43
3.3 Bestimmung der Transporteigenschaften der Wurzeln................................................................44
3.3.1 Messung stationärer Wasserflüsse........................................................................................44
3.3.1.1 Osmotisch angetriebene Exsudation................................................................................................45
3.3.1.1.1 Überprüfung der Rolle des Verdünnungs-Effektes....................................................................46
3.3.1.2 Druckperfusion................................................................................................................................46
3.3.1.3 PTS-Bestimmung.............................................................................................................................48
3.3.1.4 Bestimmung der Xylembeladungsrate und des PTS-Flusses...........................................................50
3.3.2 Wurzeldruckmesssonde (transiente Messung des Wasserflusses)........................................50
3.3.2.1 Bestimmung der Elastizität des Messsystems..................................................................................52
3.3.2.2 Hydrostatische Relaxation...............................................................................................................53
3.3.2.3 Osmotische Relaxation....................................................................................................................54
3.3.3 Messungen der hydraulischen Leitfähigkeit auf der Zellebene............................................54
3.3.3.1 Fehlerberechnung.............................................................................................................................57
3.4 Chemische Suberin- und Ligninanalysen der apoplastischen Barrieren......................................57
3.4.1 Enzymatische Aufbereitung...................................................................................................59
3.4.2 Mechanische Isolierung........................................................................................................59
3.4.3 Solvensextraktion mit Chloroform und Methanol.................................................................67
3.4.4 Depolymerisationsreaktionen (Suberin- und Ligninanalyse)...............................................61
3.4.4.1 Suberinanalyse: Umesterung...........................................................................................................61
3.4.4.2 Ligninanalyse: Thioacidolyse..........................................................................................................62
3.4.5 Chromatographische Analyse...............................................................................................63
4 ERGEBNISSE_____.______...........___..__.__.._____.....____.................._____.....__64
4.1 Morphologie.................................................................................................................................64
4.2 Wurzelanatomie...........................................................................................................................67
4.2.1 Dimensionen der Rindenzellen (Zellvolumina und Zelloberflächen)....................................69
4.2.2 Entwicklung der Casparyschen Streifen...............................................................................70
4.2.3 Entwicklung der Suberinlamellen.........................................................................................77
4.2.4 Entwicklung der Xylemgefäße...............................................................................................83
4.3 Chemische Zusammensetzung der apoplastischen Barrieren......................................................85
4.4 Wassertransportparameter............................................................................................................91
4.4.1 Messungen mithilfe stationärer Flüsse.................................................................................91
4.4.1.1 Druckperfusion................................................................................................................................91
4.4.1.2 Osmotisch angetriebene Exsudation................................................................................................93
4.4.1.3 Verdünnungseffekt (Fiscus-Effekt).................................................................................................97
4.4.1.4 PTS-Flüsse.......................................................................................................................................98
4.4.1.5 Zusammenfassung der Messungen mit stationären Flüssen..........................................................100
4.4.2 Messungen mit Hilfe transienter Flüsse..............................................................................101
4.4.2.1 Messungen an sechs bis neun Tage alten Pflanzen........................................................................101
4.4.2.1.1 Hydrostatische Messungen......................................................................................................101
4.4.2.1.2 Osmotische Messungen...........................................................................................................103
4.4.2.1.3 Permeabilitätskoeffizient.........................................................................................................105
4.4.2.2 Messungen an Wurzelsystemen vierzehn Tage alter Maispflanzen...............................................106
4.4.2.2.1 Hydrostatische Messungen......................................................................................................106
4.4.2.2.2 Osmotische Messungen...........................................................................................................107
4.4.2.3 Zusammenfassung der Messungen mit transienten Flüssen..........................................................108
4.4.3 Hydraulische Leitfähigkeit der Cortexzellen......................................................................HO
5 DISKUSSION_______________________________________________________117
5.1 Wurzelanatomie: Rolle der apoplastischen Barrieren................................................................117
5.2 Chemische Analyse....................................................................................................................123
5.3 Wassertransport..........................................................................................................................126
5.3.1 Wurzeldruck........................................................................................................................126
5.3.2 Hydraulische Leitfähigkeit des radialen Wurzelflusses......................................................127
5.3.2.1 Stationäre Flüsse............................................................................................................................127
5.3.2.2 Transiente Flüsse...........................................................................................................................130
5.3.2.2.1 Hydrostatische Relaxationen...................................................................................................130
5.3.2.2.2 Osmotische Relaxationen........................................................................................................132
5.3.2.3 Reflexionskoeffizient.....................................................................................................................133
5.3.2.4 Permeabilitätskoeffizient...............................................................................................................134
5.4 Hydraulische Leitfähigkeit von Wurzelzellen............................................................................136
5.5 Apoplastischer Tracer, PTS.......................................................................................................138
5.6 Composite Transport Modell.....................................................................................................140
5.6.1 Quantifizierung des apoplastischen Wasserflusses.............................................................140
5.6.2 Einfluss der Wurzelentwicklung auf den radialen Transport.............................................141
6 ZUSAMMENFASSUNG________________..................................................................144
7 SUMMARY__________________..................................................................................147
8 LITERATURVERZEICHNIS___________________________________________150
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