Dynamics of root exudates

Mit dieser Masterarbeit wurde versucht verschiedene Fragestellungen zu bearbeiten, die alle im Zusammenhang mit der Dynamik von Wurzelexsudaten stehen. Zuerst sollte mit einem breit angelegten Versuch ("Artspezifische Variation"/Experiment 1) verifiziert werden, ob die von uns gewahlte Methode der Exsudatgewinnung und -aufbereitung sensitiv genug ist, um stabile und reproduzierbare Ergebnisse zu liefern, die auch in Ubereinstimmung mit der Literatur stehen. Weiters sollte die Rolle von Wurzelexsudaten und von Mykorrhizapilzen bei der Mobilisierung von Nahrstoffen, im speziellen Phosphor, abgeklart werden ("Einfluss von Mykorrhizierung"/ Experiment 2), und auch wie sich die Zusammensetzung der Wurzelausscheidungen durch Mykorrhizierung oder Phosphormangel verandert. Ob sich auch im jahreszeitlichen Verlauf Unterschiede zeigen, v.a. hinsichtlich der Benzoesauregehalte, das war schlieslich die dritte Fragestellung ("Saisonale Variation"/Experiment 3). Fur die ersten beiden Experimente wurden verschiedene Nutzpflanzen herangezogen (Tomate, Kartoffel, Gerste und Karotte fur beide; Paprika, Gurke, Bohne, Erbse und Weiser Senf nur fur das erste), fur das letzte einfacherweise 3 Arten aus den gartnerischen Anlagen. Die gewonnen Exsudate wurden uber Amberlit XAD-1180 aufgetrennt, um eine Wasser- und eine Ethanolphase zu erhalten, die in weiterer Folge mittels GC-MS und HPLC/DAD analysiert wurden - fur den Jahreszeitenvergleich wurden nur HPLC-Messungen, da das Hauptaugenmerk auf Unterschieden im relativen Gehalt von Benzoesaure lag, vorgenommen. Die detektierten Metaboliten wurden mittels GC-MS Chromatogrammen und UV/VIS Spektren und dem Vergleich mit Spektrenbibliotheken klassifiziert. Sowohl die GC-MS, als auch die HPLC-Profile wurden weiters mittels Hauptkomponentanalyse (PCA) verglichen. Das Experiment "Artspezifische Variation" zeigt sowohl hinsichtlich HPLC-, als auch GC-MS Profilen eine deutliche Gruppierung von mehr oder weniger allen Familien (wohingegen die Unterschiede von Arten aus ein- und derselben Familie geringer ausgepragt waren), mit Ausnahme der Cucurbitaceae und Solanaceae. Die Variation war dabei aufgrund vieler Gemeinsamkeiten bezuglich der Hauptmetaboliten eher gering, trotzdem war es moglich einige charakteristische Verbindungen zu detektieren. Der "Einfluss von Mykorrhizierung" zeigte sowohl bezuglich der GC-MS, als auch der HPLC-Profile, nur bei Karotte eine eindeutige Gruppierung der verschiedenen Behandlungen. Eine Gruppe fur die mykorrhizierten Pflanzen, und eine fur die Kontrollen und diejenigen, die eine hohere P-Dungung erhielten. Das konnte v.a. auf die sehr erfolgreiche Besiedlung (71%) der Karottenwurzeln durch den pilzlichen Partner (Glomus mossae) zuruckzufuhren sein. Die mykorrhizierten Pflanzen zeigten eine weitaus hohere Anzahl (uber 50% mehr) an detektierten Verbindungen, sowohl bei den GC-MS, als auch den HPLC-Messungen. Die Unterschiede zwischen den mykorrhizierten Pflanzen und den beiden anderen Behandlungen zeigten sich v.a. bei den Zuckern und Zuckeralkoholen. Interessanterweise, und im Gegensatz zu bisherigen Untersuchungen, exsudierten die mit weniger P-versorgten Kontrollpflanzen nicht mehr und auch keine hoheren Anteile an phenolischen Metaboliten. Das kann aber auch daran liegen, dass die Unterversorgung noch nicht ausreichend genug ausgepragt war. Der Vergleich der Benzoesauregehalte in den Wurzelausscheidungen von 3 verschiedenen Arten im Sommer und Winter, zeigte statistisch signifikante Unterschiede. Aber wahrend die beiden krautigen Arten, Digitalis purpurea und Begonia sutherlandii, hohere Gehalte im Winter zeigten, zeigte die holzige, Taxus baccata, geringere. Deshalb kann der hohere Gehalt an Benzoesaure im Winter zwar als Einzelbeobachtung, aber nicht durch eine systematische Untersuchung bestatigt werden. Auserdem ware es interessant durch weitere Untersuchen zu uberprufen, ob diese Beobachtungen auch bei anderen krautigen und holzigen Arten zutreffen. Generell fuhrte die PCA der HPLC-Profile zu einer deutlichen Gruppierung zwischen den Jahreszeiten, welche sogar starker ausgepragt war, als wie zwischen den einzelnen Arten. Dies traf v.a. fur den Sommer zu. Das war weiters darauf begrundet, dass im Winter weitaus mehr Metaboliten in den Exsudaten von allen 3 Arten detektiert werden konnten. Damit kann gesagt werden, dass die Zusammensetzung von Wurzelexsudaten bis zu einem gewissen Punkt auch die phylogenetischen Beziehungen widerspiegelt, aber die Wachstums- und Umweltbedingungen, genauso wie biotische Interaktionen, einen grosen Einfluss haben. Die in dieser Arbeit beschriebene und angewandte Methode der Exsudatgewinnung und -aufbereitung, ist als praktische Anwendung dazu geeignet, qualitative und quantitative Informationen uber die Zusammensetzung der Wurzelausscheidungen zu gewinnen. Aber naturlich ist sie nicht perfekt, wie auch keine andere, und hat ihre Limitierungen. Abschliesend bleibt festzuhalten, dass alle der erhaltenen Ergebnisse in groserem Umfang, mit mehr Arten und auch Methoden, noch weiter verifiziert werden mussen, um stichhaltige Aussagen uber die untersuchten Phanomene zuzulassen.