The impact of nutrient heterogeneity on maize plants

In dieser Arbeit wurden sowohl strukturelle als auch funktionelle Reaktionen der Pflanze auf heterogen verteilte Nahrstoffe untersucht. In Splitroot-Experimenten mit Zea mays hybrid Helix erhielten alle Pflanzen dieselbe Menge an Nahrstoffen, welche aber unterschiedlich verteilt waren (0.5/0.5, 0.6/0.4, 0.7/0.3, 0.8/0.2, 0.9/0.1, 1.0/0.0). Die Menge der zugegebenen Nahrstoffe war an die relative Wuchsrate (RGR) angepasst, um eine konstante, dem Pflanzenbedarf angepasste Ernahrung zu gewahrleisten. Zum einen wurde die Menge der Nahrstoffe an das 1,5-fache der RGR angepasst und zum anderen auf das 0,5-fache der relativen Wuchsrate reduziert. So war es erstmals moglich zu untersuchen, ab welcher ungleichen Nahrstoffverteilung die Pflanzen reagierten und ob diese Reaktion vom Ernahrungsstatus der Pflanzen abhangig war. Des Weiteren wurde untersucht, ob die Pflanzen lokal oder auf der Ebene der Gesamtpflanze auf Nahrstoffheterogenitat reagierten. Auf der Ebene der Biomassen konnte gezeigt werden, dass Pflanzen lokal auf Nahrstoffheterogenitat reagierten. Diese Reaktion war abhangig vom Ernahrungsstatus der Pflanze, denn gut ernahrte Pflanzen bildeten schon bei einem Nahrstoffverhaltnis von 0.6/0.4 unterschiedliche Wurzelbiomassen. Pflanzen unter Nahrstoffmangel taten dies erst bei einer Ungleichverteilung von 0.7/0.3. Fur diese unterschiedliche Reaktion schien jedoch nicht das Nahrstoffverhaltnis, sondern moglicherweise der Konzentrationsunterschied an zugegebenem Nitrat verantwortlich zu sein. Wenn der Konzentrationsunterschied uber mehrere Tage (> 4 Tage) andauerte, reagierte die Pflanze. Nahrstoffheterogenitat hatte keinen Einfluss auf die Gesamt-, Gesamtwurzel- bzw. Sprossbiomasse oder das Spross/Wurzel Verhaltnis. Allerdings wurden die Biomassen des Sprosses vom Ernahrungsstatus der Pflanzen beeinflusst. Gut ernahrte Pflanzen hatten hohere Sprossbiomassen als Pflanzen unter Nahrstoffmangel. Dies wurde auch in den unterschiedlichen Spross/Wurzel Verhaltnissen beider Versuche deutlich. In dieser Arbeit wurden verschiedene funktionelle Parameter unter heterogenen Nahrstoffbedingungen untersucht. Weder die Photosyntheserate noch die Zucker- und Starkekonzentrationen in den Wurzeln und in den Blattern waren beeinflusst. Allerdings stieg mit ansteigender Heterogenitat die Konzentration an Stickstoff im oberirdischen Pflanzenteil wie auch in der Gesamtpflanze an. Im Gegensatz dazu waren die Konzentrationen an Schwefel in der Pflanze durch das heterogene Nahrstoffangebot unbeeinflusst. Sowohl der durch ansteigende Heterogenitat verursachte Anstieg der Stickstoffkonzentration als auch die gleich bleibenden Schwefelkonzentrationen liesen sich bei gut ernahrten Pflanzen und bei Mangelpflanzen nachweisen. Diese Reaktionen waren durch die unterschiedlichen Aufnahmesysteme fur Nitrat und Sulfat und deren raumliche Verteilung in der Wurzel zu erklaren. Eine weitere lokale, funktionelle Reaktion auf Nahrstoffheterogenitat stellte die Beeinflussung der Aminosaurekonzentrationen in den Blattern dar. Unabhangig vom Nahrstoffstatus wiesen die Kontrollvarianten (0.5/0.5) gegenuber der Variante 1.0/0.0 signifikant geringere Gesamtaminosaurekonzentrationen auf. Es konnte in dieser Arbeit nachgewiesen werden, dass die Pflanzen oft auf die Gesamtmenge der angebotenen Nahrstoffe starker reagierten als auf deren Verteilung. Wenn die Pflanzen allerdings auf heterogene Nahrstoffverteilung reagierten, so wurden strukturelle als auch funktionelle Reaktionen vom Nahrstoffstatus der Pflanzen beeinflusst. Die Reaktionen der Pflanzen auf Nahrstoffheterogenitat waren auf der lokalen und auf der Ebene der Gesamtpflanze zu finden.