Ursachen für den durch Argon induzierten Abfall der Nitrogenaseaktivität in Wurzelknöllchen von Leguminosen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Joachim Schulze
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 24266555

Wird der Stickstoff (N2) um die Knöllchen von Leguminosen durch das für die Nitrogenase inerte Gas Argon ersetzt, beobachtet man einige Minuten nach der Argonapplikation einen starken Abfall der anhand der H2-Freisetzung gemessenen Nitrogenaseaktivität (¿argon-induced decline in nitrogenase activity¿). Ziel des vorliegenden Projektes ist es zum einen, einen Beitrag zur Klärung der Ursachen dieses Phänomens am Beispiel der Modellleguminose Medicago truncatula zu leisten. Zum anderen soll für diese wichtige Leguminose dadurch auch eine Prüfung der Methode zur Messung der Nitrogenaseaktivität anhand der H2-Freisetzung erreicht werden. Der Argon-induzierte Abfall der Nitrogenaseaktivität wird im Allgemeinen durch eine verminderte Sauerstoffverfügbarkeit im Inneren der Knöllchen infolge einer sich verändernden Sauerstoffpermeabilität der Knöllchen nach Argonapplikation erklärt. Das vorliegende Projekt geht von aus experimentellen Beobachtungen gewonnenen Argumenten dafür aus, dass eine veränderte Sauerstoffaufnahme der Knöllchen nicht die Ursache sondern die Folge verminderter Nitrogenaseaktivität nach Argonapplikation ist. Hieraus werden fünf Hypothesen entwickelt, die experimentell geprüft werden sollen. Sie gehen zusammengefasst davon aus, dass die primäre Wirkung der Argonapplikation zu einer sofortigen Unterbrechung der Ammonium- und Aminosäure-, besonders Asparaginsäurebildung im Knöllchen führt, die eine Störung der Malataufnahme der Symbiosome und dadurch bedingte sinkende Nitrogenaseaktivität zur Folge hat. Dies zieht dann die verminderte O2-Aufnahme, aber auch eine verminderte CO2-Fixierung der Knöllchen nach sich. Der methodische Ansatz besteht in der Nutzung eines optimierten Gaswechselmesssystems, das besonders aufgrund kleiner Gasräume eine direkte Messung der O2-Aufnahme der Knöllchen, aber auch den Einsatz von 15N2 und 13CO2, erlaubt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen