Ursachen für den durch Argon induzierten Abfall der Nitrogenaseaktivität in Wurzelknöllchen von Leguminosen
Final Report Abstract
Das Projekt verfolgte das Ziel durch nähere Untersuchung des durch Argon induzierten Abfalls der Nitrogenaseaktivität (Ar-ID) tiefere Einblicke in die Physiologie von Leguminosenknöllchen zu erlangen. Ausgangspunkt dabei waren einige ungeklärte Phänomene im Zusammenhang mit Ar-ID. Insbesondere sollte die Frage geklärt werden, ob der Ar-ID ausschließlich auf einer Reaktion der Sauerstoffdiffusionsbarriere der Knöllchen beruht. Hierbei war von besonderem Interesse, ob der Abfall der Nitrogenaseaktivität vor dem Absinken der Sauerstoffaufnahme des Knöllchens beginnt oder durch diese ausgelöst wird. Darüber hinaus sollte geklärt werden in welchem Zusammenhang eine veränderte Nitrogenaseaktivität zur C02-Fixierung der Knöllchen steht. Die Untersuchungen waren an Medicago truncatula in Kombination mit Sinorhizobium meliloti (Modellsymbiose) geplant. Herzstück der methodischen Arbeiten am Projekt bestand im Aufbau einer vielseitigen und auf die Fragstellungen zugeschnittenen Gaswechselmessanlage mit speziellen Anzuchtgefäßen für Nährlösungskultur. Eine besondere Möglichkeit dieser Anlage besteht in der Messung der Sauerstoffaufnahme von Knöllchen im offenen Durchflussmesssystem. Zu Beginn der Arbeiten ergaben sich zwei Probleme, die ein Umsteuern der geplanten Versuche in einigen Punkten erforderten. Zum einen erwies sich die Modellsymbiose erstaunlicherweise hinsichtlich der N2- Fixierungsleistung als außerordentlich ineffizient. Zum zweiten ließen sich kurzfristige Effekte der Argonapplikation auf die C02-Freisetzung von Knöllchen unter den Bedingungen der Anzucht in den Spezialgefäßen nicht wiederholbar etablieren. Um diese Probleme zu umgehen wurden zusätzlich Medicago sativa und Pisum sativum in die Untersuchungen einbezogen und bezüglich des Zusammenhangs zwischen N2- und C02-Fixierung von Leguminosenknöllchen auf längerfristige methodische Ansätze umgestellt, die durch die Gaswechselmessanlage möglich waren. Die Untersuchungen ergaben folgende wesentliche Ergebnisse: 1. Der Ar-ID setzt zeitlich vor einem Absinken der 02-Aufnahme der Knöllchen ein. 2. Der Ar-ID ist unabhängig von der Knöllchenpermeabilität für O2 (Langzeitvorbehandlung der Knöllchen mit erhöhtem 02-Gehalt der Luft). 3. Die Kombination von Medicago truncatula (Jemalong A 17) und Sinorhizobium meliloti (2011) zeigt eine außerordentlich niedrige Stickstofffixierungseffizienz. 4. Die niedrige Stickstofffixierungseffizienz der Modellsymbiose hängt möglicherweise mit einer eingeschränkten Fähigkeit zum N-Transport aus den Knöllchen zusammen. 5. Längerfristige hohe, der Bodenluft vergleichbare C02-Gehalte um die Knöllchen erhöhen die N2-Fixierungseffiztenz. Dies hat auch Implikationen für die Anzucht von Leguminosen in Nährlösungskultur. 6. Die Intensität der C02-Fixierung von Erbsenknöllchen ist im Laufe der Ontogenese eng an die N2-Fixierungsaktivität gekoppelt. 7. Die Regulation der N2-Fixierung bei Medicago truncatula hängt möglicherweise mit einem veränderten Rückfluss von Aminosäuren über das Phloem zu den Knöllchen zusammen. Hierbei könnte Asparagin eine besondere Rolle spielen. In Rahmen des Projektes wurden zwei kumulative Dissertationen und eine Reihe von Bachelor- und Masterarbeiten angefertigt. Fünf Manuskripte beruhen auf den Ergebnissen des Projektes.
