Beneficial effects on plant iron acquisition in calcareous soils

Field: Agricultural and Biological Sciences (Life Sciences)

Diese Masterarbeit behandelt verschiedene positive Einflusse auf die Eisenaufnahme von Pflanzen in kalkreichen Boden. Die Mobilisierung der Metalle Eisen, Kupfer, Nickel Cobalt und Mangan durch den Phytosiderophor DMA wurde unter Laborbedingungen untersucht. Losungskonzentrationen von FeDMA – Komplexen nahm, nach einer Zunahme zu Beginn der Zeitserie, ab. Dies wurde der Konkurrenz zugeordnet, die andere Metallionen, durch Reduzierung der Losungskonzentration nicht komplexierter DMA und kompetitiver Verdrangung von bereits komplexierter FeDMA, auf die Eisenkomplexierung ausubten. Die Mobilisierung durch DMA Zugaben in drei verschiedenen Konzentrationen lag wahrend der ersten Stunden des Experiments in einem ahnlichen Bereich. Die Unterschiede wuchsen jedoch im Verlauf an, bis sich nach 168 Stunden das Verhaltnis zwischen zugegebenem DMA und MeDMA - Komplexen eingestellt hatte.
Um die Ergebnisse zu validieren, wurde eine Methode angewandt um MeDMA Konzentrationen unterschiedlicher Boden zu Losungsverhaltnisse miteinander zu vergleichen. Die Resultate zeigten gute Vergleichbarkeiten zwischen zwei durchgefuhrten Experimenten, jedoch nicht mit publizierten Werten.
Die kombinierte Zugabe des Reduktanten Ascorbinsaure und DMA, fur die zuvor synergistische Effekte bei der Eisenmobilisierung berichtet wurden, wurde in verschiedenen Konzentrationen von DMA und Ascorbinsaure untersucht. Die gefundenen synergistischen Effekte, konnten die Eisenaufnahme von Pflanzen, in dem unter naturlichen Bedingungen relevantesten Zeitraum, zu erheblichem Mase positiv beeinflussen. Allerdings waren die Maximalkonzentrationen von Eisen fruher und in niedrigerem Mase erreicht, als in den Testreihen ohne Reduktant. Es zeigte sich, dass die erhohte Konkurrenz durch andere Metallionen den synergistischen Effekt fur die Eisenmobilisierung negativ beeinflusste. Insbesondere Nickel und Cobalt Konzentrationen in Losung waren, auf Kosten von Eisen, ebenfalls synergistisch erhoht, wodurch die Komplexierung von freiem DMA zunahm und bereits komplexiertes FeDMA verdrangt wurde. Ein Verhaltnis zwischen Reduktant und Ligand wurde festgestellt, in dem die positiven Effekte der synergistischen Eismobilisierung dominierten.
Um die den synergistischen Effekten zugrunde liegenden Mechanismen besser zu verstehen , wurde die Kombination aus DMA und Ascorbinsaure zusatzlich unter anoxischen Bedingungen untersucht. Im Allgemeinen zeigte die Metalmobilisierung ahnliche Resultate, was keinen grosen Einfluss von Sauerstoff in der Bodenlosung anzeigte. Die reduktive Auflosung von Manganoxiden wurde als dominantes Ergebnis der Ascorbinsaurezugabe identifiziert.
Kumarin, Esculetin, Fraxetin, Scopoletin und Kaffeesaure wurden in Kombination mit DMA als weitere, potentiell synergistische Eisenmobilisierung fordernde, Stoffe untersucht. Fraxetin war hierbei der einzige Stoff, im getesteten Verabreichungsbereich, der einen eindeutigen synergistischen Effekt auf die Eisenmobilisierung hatte. Es wurden jedoch Hinweise fur einen moglichen synergistischen Effek fur die Stoffe Esculetin, Scopoletin und Kaffeesaure gefunden. Scopoletin und Fraxetin zeigten von sich aus signifikante Mobilisierung von Eisen aus dem kalkreichen Boden, ein Prozess der fur diese Stoffe bislang nicht bekannt war.
Nachdem Kupfer bekanntermasen der Hauptkonkurrent der Eisenkomplexierung durch DMA ist, widmete sich ein Pflanzenexperiment einem weiteren moglichen positiven Einfluss auf die Eisenaufnahme des Weizens Triticum aestivum sp. Tamaro. Durch Verringerung der Verfugbarkeit von Kupfer fur die Komplexierung durch Phytosiderophore, konnte die Eisenverfugbarkeit relativ zunehmen, ohne eine zusatzliche Eisenquelle im Boden zur Verfugung zu stellen. Die Kupferverfugbarkeit wurde duch Zugabe des chelatierenden Stoffes triethylenetetramin dihydrochlorid (TETA) vermindert. Die Pflanzen die in TETA-haltigem Boden wuchsen, zeigten keine negativen Effekte durch den Stoff. Allerdings waren die Biomasse und die Blattchlorophyllgehalte erhoht. Die Metallkonzentrationen in den Pflanzen zeigten Anzeichen fur reduzierte Ausschuttung von Phytosiderophore, wahrend die Eisenkonzentrationen in gleicher Menge wie in der Kontrollgruppe blieben.